基于多模谐振的低剖面宽带贴片天线

为了增加贴片天线的工作带宽和改善其辐射特性,提出了一种基于多模谐振的低剖面贴片天线。通过在矩形贴片的非辐射边加载短路壁降低H面的高交叉极化,在贴片下方加载短路销钉提高TM_1/2,0模式的谐振频率（f_1/2,0）;然后在TM_3/2,0模式的零电流位置处切割一个矩形缝隙来激发辐射缝隙模式（TM_RS）,得到低剖面、宽频带和低交叉极化的三模谐振贴片天线;最后通过增加贴片宽度和调整天线结构,降低TM_1/2,2模式的频率（f _1/2,2）,实现了四模谐振。仿真和实测结果表明该四模谐振贴片天线在0.03λ₀的厚度下可将带宽增加到21.7% (2.67～3.32 GHz).     

一种低剖面的宽带双极化超表面天线

提出了一种低剖面的宽带双极化超表面天线。天线由正交微带线馈电,通过方形驱动贴片激励上层超表面层。该超表面由4×4的方形贴片构成。当垂直/水平极化端口激励时,超表面天线工作在TM₁₀/TM₀₁和反向TM₂₀/TM₀₂模。为了拓展天线的带宽,在超表面上额外刻蚀了4条较宽的缝隙,并在驱动贴片两侧加载了2个寄生条带。此外,将微带线略偏移馈电边的中心,以提高天线的隔离度。天线剖面仅为0.065λ₀(λ₀为中心频率在真空中的波长)。加工和测试了天线样品,测试结果表明,天线的反射系数|S₁₁|<-10 dB带宽为43.8%(8.76～13.74 GHz),带内隔离度大于16.8 dB,增益在5.5～9.2 dBi范围,交叉极化为-14.4 dB。考虑加工误差后,仿真结果与测试值较为吻合。     

W波段宽带SIW背腔缝隙天线

W波段（75~110 GHz）的电磁波大气吸收率低、波长短、可用频带宽,在雷达、通信等领域应用广泛.文章设计了一种W波段基片集成波导（substrate integrated waveguide,SIW）背腔缝隙天线,-10 dB的阻抗带宽达到28.6%（78.93~105.24 GHz）,覆盖了W波段75%的频带范围.天线采用双层基片结构.上层为SIW谐振腔及四条辐射缝隙构成的谐振辐射单元,谐振腔内同时存在TM₁₃₀与TM₃₁₀混合模、TM₃₂₀模以及TM₃₃₀模三种高次模,和辐射缝隙一起形成多谐特性,实现带宽拓展;底层为通过耦合缝隙馈电的集成波导,易于扩展成平面网络,构建高增益背腔缝隙天线阵列.该天线频带宽、交叉极化低、剖面低、易于与平面微波电路集成、加工成本低,具有良好的应用前景.     

基于圆波导缝隙的双极化水平全向阵列天线设计

设计了一种具有水平全向辐射特性的双线极化圆波导缝隙阵列天线。利用双模式转换器馈电，以提供天线所需的TM₀₁及TE₀₁模式，并抑制波导内其余高次模和基模的传输；通过沿圆波导周向交错排列的矩形横缝及纵缝，分别实现垂直和水平极化；其中将横向矩形缝隙设计为平行双环结构来增加带内谐振点，进而拓展天线的工作带宽；此外，将两种缝隙沿波导轴向进行组阵，并在天线阵列末端设计了匹配结构用以减小TM₀₁模式所带来的能量反射。仿真结果表明：该天线两种极化方式电压驻波比小于2的驻波带宽为2.75 GHz～2.95 GHz,并且整个工作频段内，两种极化方式下的增益均超过7.5 dB,水平面内不圆度小于1.8 dB,可适用于气象雷达领域。     

一种应用于CPE的低剖面双频圆极化天线

针对客户终端设备(Customer Premise Equipment, CPE)的应用需求，设计了一种低剖面双频圆极化天线。在2.45 GHz,采用了4个偶极子单元阵列产生水平极化全向辐射，并采用内部接地圆环贴片结构产生垂直极化全向辐射。将两部分结构通过耦合器有效连接起来，从而产生了全向圆极化辐射特性。在5.8 GHz,采用了贴片结构产生了定向圆极化辐射特性。通过双工器将2个频段的结构合并起来，实现了低剖面双频圆极化天线。实测结果表明，天线在2个频段均有较好的圆极化辐射性能，验证了该天线设计的有效性。     

一种频率选择性高零点可控的宽带滤波贴片天线

文中提出一种频率选择性高、增益稳定、小型化的宽带滤波贴片天线。通过在贴片天线的地板加载U型槽,TM₀₁模式在带内激发,同时,一个辐射零点在高频通带附近产生。为了引入额外的谐振点和辐射零点以增加带宽和实现较高的频率选择性,一对直槽蚀刻在贴片上。最后,为了进一步增强带外抑制水平,U型微带线被加载到贴片天线上。该天线在18.5%(1.91～2.31 GHz)的相对带宽内实现了稳定的增益(6.4±0.6)dBi,实现了频率选择性高的特点,并且带外抑制水平高于14.5 dB。除了带内的宽带特性和带外的高频率选择性,该天线的尺寸为0.54λ₀×0.54λ₀×0.04λ₀。     

低剖面可承载UHF/L双频共口径圆极化定向天线

为了满足毫米波高密度、宽角扫描共口径相控阵天线对高性能、紧凑型天线单元的需求,提出了一种宽带Ku/Ka共口径天线单元设计方案. Ku频段双极化天线采用“十”字形贴片作为辐射体,一对正交放置的缝隙用于激励两个正交工作模式. Ka频段天线为探针馈电的磁电偶极子天线,加载的4个小贴片起调节匹配和方向图的作用. 同时,Ka频段天线对Ku频段天线起寄生加载作用,在有效降低Ku频段天线谐振频率的同时扩展阻抗带宽. 仿真结果表明,Ku频段天线水平和垂直极化分别工作在14.4~17.6 GHz和14.4~17.4 GHz,−10 dB阻抗带宽分别为20% 和18.7%;Ka频段天线工作在30~40 GHz,−10 dB阻抗带宽大于28.5%,测试结果与仿真结果吻合良好. 所提出的共口径天线单元具有尺寸小、带宽宽的特点,其横向尺寸为8.5 mm×8.5 mm（0.45λ×0.45λ,λ为Ku频段中心频率16 GHz对应的波长）. 本文为高密度、宽角扫描共口径相控阵天线提供了新颖的天线单元设计方案.     

一种适用于波束扫描的宽带低剖面介质谐振器天线

近年来,为解决传统介质谐振器天线（dielectric resonator antenna, DRA）体积庞大等问题,新颖的低剖面DRA如介质贴片天线和平面介质天线被提出并迅速成为研究热点.然而,现有的低剖面DRA设计要么平面尺寸较大（>0.5λ0×0.5λ0）,要么带宽较窄（<10%）,限制了它们的实际应用.文中提出了一种具有小型化平面尺寸的宽带低剖面DRA.本天线采用介质贴片设计,顶部为高介电常数的介质贴片,中间为低介电常数的介质基板,底部为缝隙馈电结构.缝隙馈电结构可激励起介质贴片谐振器的基模TE111和高次模TE131两种工作模式,这两种模式的场分布在贴片边缘部分存在基模场强较弱而高次模场强较强的显著区别.本设计巧妙地利用了该区域的模式场强区别,通过略微增加贴片边缘部分高度来显著影响高次模谐振频率而轻微影响基模谐振频率,从而将高次模TE131的谐振频率迅速下拉并与基模TE111的谐振频率靠近合并,在不增大介质贴片平面尺寸的前提条件下获得宽带工作效果.本天线的三维尺寸为0.35λ0×0.35λ0×0.08λ0 (λ0为中心频率处的空气中波长),线极化实物案例测试结果表...     

一种基于容性加载的小型化准八木天线研究

在传统准八木天线的基础上结合小型化技术,提出了一种新型的小型化准八木天线.天线结构上,对天线的馈电结构部分进行合理布局减小天线的纵向尺寸;对反射器和馈源振子进行容性加载,增加电流路径长度,进而减小天线的横向尺寸.确定结构后,利用HFSS软件对模型的相关参数进行仿真优化.天线测试结果显示,在射频识别（Radio Frequency Identification,RFID）美标UHF频段902~928 MHz内实测结果与仿真结果吻合较好,其中增益为6.8 dBi,驻波系数小于1.4,主瓣交叉极化比大于40 dB.天线的尺寸仅为110 mm×105 mm,约为λ₀/3×λ₀/3（λ₀为中心频点自由空间波长）,体现了小型化和优秀的电气性能.     

短路针加载三角形微带贴片天线的研究

短路针加载微带贴片天线具有较低的谐振频率,特别适用于低频便携式通信设备(如手机)中.与短路针加载矩形和圆形贴片天线相比,短路针加载三角形贴片天线具有更低的谐振频率.本文基于腔模理论,利用未加载三角形贴片天线的静态模,提出了短路针加载三角形贴片天线的理论分析方法,给出了天线谐振频率、输入阻抗及反射损耗的计算公式.数值计算与实测结果相吻合,表明这种分析方法是有效的.     

一种低剖面可调谐共形蒙皮天线设计

提出了一种带空气背腔的低剖面可调谐的共形蒙皮GPS天线。该天线基于背腔微带缝隙天线,通过渐变微带线实现耦合馈电和阻抗匹配,通过减小空气背腔深度以及在天线馈电网络和天线阵面连接的位置加入微带并联开路支节实现低剖面设计,通过调节支节的长度实现天线谐振频点可调。该蒙皮天线剖面高度约0.03?,仿真结果显示,该天线实现了超过±20 MHz的驻波谐振频率偏移,并且在频率偏移过程中驻波小于2的带宽均大于20 MHz。本工作为共形蒙皮天线设计提供了技术基础,适用于低频段隐身机载窄带天线设计。     

折叠小型化超宽带单锥天线设计

利用折叠法和镜像法设计了一款具有全向辐射特性的小型化超宽带单锥天线。天线辐射单元通过折叠技术实现了天线的小型化,通过镜像法和末端加载实现了天线的低剖面。在天线周围加载圆柱形套筒,通过改善天线在高频处的阻抗匹配,进一步拓展天线的带宽。在保证天线低剖面的同时,与传统的单锥天线相比,文中提出的天线金属地板尺寸较小,仅为0.236λ_min,具有较好的工程应用前景。天线实现了在1～7.65 GHz的频率范围内,VSWR<2,实现了153.8%的阻抗带宽。天线在频带范围内最大增益为6 dBi,不圆度小于2 dB。天线的整体物理尺寸为30 mm×30 mm×30 mm,对应的低频电尺寸为0.1λ_min×0.1λ_min×0.1λ_min。加工了样机进行测试,测试结果和仿真结果吻合度较好,验证了设计的可靠性和有效性。这种低剖面、超宽带的全向天线可以作为室内基站天线、无人机机载天线等,具有广泛的应用场景。     

一种低剖面可重构全向圆极化天线的设计

本文提出了一种低剖面极化可重构全向圆极化天线。该天线由一个1×4偶极子阵列天线和一个单极子天线组成,通过设计可重构馈电网络来激励这两部分子天线,可产生左右旋可切换的全向圆极化波。设计的馈电网络主要由一单刀双掷开关电路和一紧凑二阶3 dB耦合器组成,从而可输出幅度相等、相位差可在±90°间切换的两路信号。将馈电网络的两输出端口分别与水平极化的偶极子阵列天线和垂直极化的单极子天线相连,便可使天线在左旋圆极化(LHCP)和右旋圆极化(RHCP)两种辐射状态之间切换。设计的天线总体截面积为59.9×59.9×πmm²,天线厚度为0.058λ₀。测试结果表明,该天线在左右旋圆极化状态下的阻抗带宽(|S₁₁|<-10 dB)分别为21.5%(2.24～2.78 GHz)和19.4%(2.32～2.81 GHz)。全向左右旋圆极化状态的重叠轴比带宽(AR<3 dB)约为7%(2.44～2.62 GHz)。天线的最高增益为-0.9 dB,水平面增益波动小于1.3 dB。     

基于特征模分析的超表面天线小型化设计

将超表面结构作为天线的辐射单元,可以降低天线剖面,拓展其带宽,并改善其辐射性能。特征模分析的方法可以用来揭示超表面天线的小型化机理并提供设计思路。基于此方法,设计了3个小型化的超表面天线,并进行了仿真验证。3个超表面天线的辐射单元尺寸分别减小到0.53λ₀×0.51λ₀,0.50λ₀×0.49λ₀和0.35λ₀×0.29λ₀,与4×4方形贴片单元构成的超表面天线相比,尺寸均缩减了20%以上,实现了超表面天线的小型化。     

应用于Wi-Fi频段的背腔式缝隙天线设计

采用波导反射模型分析了背腔深度对缝隙天线辐射特性的影响, 通过仿真计算, 确定了当背腔深度等于四分之一波导波长时, 金属背腔会使缝隙天线的输入电阻加倍, 但对输入电抗产生影响较小, 根据以上仿真结果, 提出了一种有效的背腔式缝隙天线的输入阻抗电路模型, 分析了馈电位置和缝隙长度对天线谐振点的影响, 为缝隙天线的多频点设计提供了理论依据.结合仿真工具, 设计了两类工作于Wi-Fi频段的背腔式缝隙天线:第一类天线工作于室外2.4 GHz频段; 第二类天线可以同时工作于2.4 GHz和5.2 GHz频段.最后, 对天线的S₁₁系数进行了实测, 实测与仿真结果基本一致.     

机载小型化Koch八木阵列天线设计

利用Koch分形结构,设计了一款工作在VHF频段的低剖面天线,该天线工作在280～320MHz,垂直极化。天线采用八木形式满足前向辐射,利用分形结构的空间填充特性来减小天线的纵向尺寸。此外,通过顶端加载,进一步减小天线的剖面,从而更好地满足机载使用。较于传统的垂直极化类型天线,该天线拥有极低的剖面,仅为10%λ,其中λ为最低工作频点在自由空间中对应的波长。该结构单元组成的1×4阵列能够在水平面实现±20°扫描,峰值增益带内大于11dBi。     

基于混合结构的多模圆极化智能天线

设计了一种适用于5G微基站的基于混合结构的智能天线，该混合天线由一个四端口的左旋圆极化全向共形天线和两个单端口的左旋圆极化全向天线构成，共有六个馈电端口，整体尺寸为π×0.395²×1.65λ₀³(λ₀为中心频率处的自由空间波长)。利用最大功率传输效率法(MMPTE)对六个端口添加不同幅值和相位的激励可实现全向圆极化模式和定向圆极化模式的转换。测试结果表明，该混合天线工作在全向模式时，最大实际增益和效率分别为6.4 dBic和92%，不圆度小于0.8 dB；工作在定向模式时，可实现水平面360°圆极化扫描，最大定向实际增益为8.2 dBic，轴比小于3 dB。     

机载小型圆极化天线设计

针对传统天线产生全向圆极化辐射的体积和重量都较大的缺点,提出了一种带有4个耦合弧的小型化、低剖面全向圆极化天线。该天线的水平极化分量由4个外弧产生,垂直极化分量由装载在圆盘上的探针产生。因此,耦合弧和馈电探针的辐射场共同实现全向圆极化辐射。其中,外弧末端的4个短路通孔,可实现天线的小型化。此外,通过在外弧内加载4个内部耦合弧,可以进一步减小天线的尺寸。通过仿真计算、制造并测量一个工作于L波段的天线单元,天线外形尺寸为0.16λ_0×0.16λ_0×0.03λ_0(λ_0是工作频率下的自由空间波长),测试结果表明天线的阻抗带宽(VSWR≤2)为13 MHz(1 429～1 442 MHz)。在该工作频带中,轴比小于2.4 dB,最大增益达到1.01 dBi。     

一种超材料的平面型频率选择反射面特性研究

为降低频率选择反射面的设计维度和制造成本,研究了开口谐振环的结构尺寸对谐振点的影响,提出了一种双面印制型开口谐振环(Split-Ring Resonators,SRR)结构.利用负磁导率超材料,设计了一种双面印制型SRR结构,在平面内对SRR正交排列形成双面印制型频率选择反射面,对馈源频段的垂直极化波反射,而对其它频段来波透射.通过对新型频率选择反射面的测试,测试结果表明符合设计频率选择反射面(Frequency Selective Reflector,FSR)的反射性能.     

基于电谐振器加载的5G多频段小型化准全向天线

提出了一种偏心馈电基于电谐振（electric-LC, ELC）结构加载的5G多频段小型化准全向天线,利用分支贴片实现了多频段. 通过缺陷地结构(defective ground structure, DGS)和梳状结构,调节天线的阻抗匹配,结合弯折结构和ELC结构,实现了良好的全向辐射特性. 测试了天线S参数、增益和方向图,结果表明:|S₁₁|≤ ?10 dB的阻抗带宽分别为0.82~0.94 GHz、1.76~3.63 GHz和4.80~4.90 GHz,覆盖了移动通信2G、3G、4G、5G等频段. 本文所提出的天线具有结构紧凑、频带宽、准全向辐射等特点,适用于移动通信终端设备.