基于有限元方法的螺旋天线设计

研究了一种用于中短距离通信的螺旋天线,分析了螺旋天线特别是轴向模螺旋天线的基本电磁辐射特性,介绍了有限元方法的基本理论和数值计算过程,并结合有限元法对螺旋天线进行了设计、优化,仿真出该天线的电参数和辐射方向图,然后将设计的天线模型进行通信实验。实验表明圆极化的轴向模螺旋天线通信质量良好,完全达到设计要求。     

带异形反射腔和寄生螺旋的均匀升角轴向模螺旋天线

为了改善轴向模螺旋天线的辐射特性,在带有寄生螺旋的均匀升角轴向模螺旋天线基础上,设计了一种带有曲反射面背腔的螺旋天线,并用HFSS软件对天线的辐射特性进行了仿真分析。通过对比几种不同形式的螺旋天线的仿真结果,证明了该种螺旋天线可以有效地提高轴向模螺旋天线增益系数,圆极化一致性良好,是一种提高轴向模螺旋天线性能的有效方法。     

一种新型圆极化法向模反转螺旋天线

针对于传统圆极化法向模螺旋天线输入阻抗低、增益小等问题,设计了一种新型反转结构的螺旋天线。该天线采用了反转结构,即在电流反向点处使螺旋物理结构反向,实现天线辐射能力增强,提高天线在工作频率处的辐射电阻,增大阻抗带宽和增益。研究结果显示,一次反转螺旋天线仿真增益达2.45 dBi;两次反转螺旋天线加上巴伦后仿真增益达2.72 dBi,仿真阻抗带宽为2.9%,相应测试结果分别为2.5 dBi和2.8%。需要指出的是,随着反转次数的增多,天线的辐射电阻和增益可以进一步提高,因此可根据不同的设计需求选择不同反转次数。另外,采用3D打印技术加工螺旋,可以有效降低天线加工难度。     

小型超宽带平面天线阵列设计与优化

提出了一种小型超宽带(UWB)平面天线阵列并进行了优化.首先设计了两个不同的UWB天线单元方案:印刷天线-Vivaldi天线、平板天线-平面螺旋天线,并通过对比选择螺旋天线单元作为组阵单元.对该天线阵列的回波损耗、3D辐射图、方向图进行了仿真计算和设计.结果该天线阵列在6 ～ 10GHz内具有较好的定向辐射特性,增益达到15dB.进一步优化单元空间分布结构,使天线在相应频段内具有更佳的方向性.通过调整各个馈源的相位差,在不失去增益的同时,可以控制波束的偏转.     

用于无线局域网的轴向模螺旋天线设计

根据无线局域网通信天线的要求,设计了三种工作在5GHz频段性能良好的轴向模螺旋天线,其中一种为普通螺旋天线,第二种为加绕寄生螺旋天线,第三种为锥形加绕寄生螺旋天线。通过电磁仿真软件HFSS计算及对结果分析表明,加绕寄生螺旋将改善天线的轴向辐射特性,而锥形结构将扩展天线带宽。     

频率可重构的液态金属锥形螺旋天线的仿真设计

为设计多频带GNSS天线且具有体积小、高增益、可重构、易于保密等特点的圆极化天线,提出一种频率可重构的液态金属锥形螺旋天线。天线可应用于卫星导航系统,包括GPS,GLONASS,BDS-2B1和BDS-1S系统。采用HFSS软件对天线进行设计与仿真,并利用仿真软件的优化功能对天线进行阻抗匹配,得到了良好的圆极化辐射和阻抗特性。仿真结果表明,天线在设计的两个频段内,增益大于3 dB,轴比均小于3 dB。因此,所提出的频率可重构的液态金属锥形螺旋天线具有非常广阔的应用空间。     

一种应用于卫星通信地面站的新型单臂螺旋天线及其阵列的研究

研究了一种应用于卫星通信地面站的新型单臂平面螺旋天线,该天线采用圆柱螺旋激励同轴线馈电,可以形成倾斜的波束,通过改变圆柱螺旋的参数可以调整其输入阻抗以达到阻抗匹配的目的.用矩量法求解了天线的电流分布和三维辐射方向图以及增益轴比等参数,计算结果与参考文献很吻合.为了增强天线的方向性系数和增益,以四元天线阵为例,研究了这种天线组成的天线阵的辐射特性,给出了天线阵的三维辐射方向图.计算结果表明,该天线组成的天线阵同样具有倾斜的波束指向,各天线单元的输入阻抗为接近50 Ω的纯电阻,增益比单个天线单元提高6.3 dB.     

变螺距法向模螺旋通信天线

螺旋天线按其辐射模式可分为轴向模和法向模辐射两种.轴向模螺旋天线是一种园极化、宽频带行波天线.它要求单圈螺旋的周长约为一个波长.这种天线最大辐射方向沿螺旋的轴向.法向模螺旋天线要求螺旋的尺寸大大小于工作波长,这是一种线极化驻波天线、最大辐射方向在垂直于螺旋轴的平面上.这种天线在“谐振”时可以大大缩短天线的几何尺寸,它与同长度的鞭天线相比辐射电阻大62%.目前开始在移动通信中应用. 集总参数加载天线虽然可以改变局部处的电流分布,但是由于它的机械性能差,不适宜在移动车体上采     

一种新型VHF双频宽带高增益全向天线

提出了一种工作在VHF频段的双频宽带中馈垂直极化高增益全向天线.天线采用中馈套筒天线结构形式,在天线上、下辐射体中部分别串接一个高频倒相线圈,天线底部加同轴扼流圈的设计方案.该天线在30 MHz～110 MHz和176 MHz～300MHz频带内具有良好的辐射特性,水平面增益为2～6dBi.     

介质谐振器与锥形反射器组合宽带高增益天线的设计

介质谐振器天线(DRA)因具有无金属损耗、辐射效率高等特点被设计并应用于现代通信系统.传统DRA的带宽较窄、增益较低,无法满足现代通信系统宽频带的要求.提出了一种介质谐振器(DR)与锥形反射器组合宽带高增益天线的设计方法,扩展天线带宽的同时增大天线的增益.首先将多层矩形DR进行堆叠以扩展DRA的带宽,仿真并分析出堆叠不...     

一种超宽带半球柱面螺旋天线的研究

研究了一种等弧距单臂半球柱面螺旋天线，其具有宽带、小尺寸、圆极化、低剖面等特点.该天线采用半球柱面螺旋天线结构，通过在馈电端引入等效L节匹配网络进行阻抗变换，扩展天线带宽，最终实现了天线的小型化、圆极化及超宽带.利用HFSS仿真软件对半球柱面螺旋天线结构参数进行优化，仿真及测试结果表明，该天线具有超过30%的阻抗带宽及超过20%的轴比带宽，最高增益能够达到9 dB，具有良好的辐射特性.     

毫米波车地通信的小型化波导螺旋阵列天线设计

高速磁浮列车毫米波车地通信系统要求其车载天线具有小型化、宽频带、圆极化和辐射扇形波束等特点。为更好地满足这些要求,设计一种中心馈电的小型化波导螺旋阵列天线。该天线馈电系统采用同轴波导中心馈电、4路矩形波导并馈的形式,通过改变馈电波导尺寸、耦合探针长度以及末端采用波导同轴转换器等形式,实现了所有单元的等幅馈电;天线单元由低剖面螺旋天线构成,采用顺序旋转技术改善天线的圆极化性能。利用全波电磁仿真软件设计了一款中心频率为38 GHz的28单元波导螺旋阵列天线,并进行了实验测试。测试结果表明：在37~39 GHz频带范围内,天线驻波比小于1.41,增益大于21.7 dB,轴比小于3.6 dB,俯仰面波瓣宽度为4.5°~4.7°,方位面波瓣宽度为29°~29.7°,满足毫米波车地通信系统车载天线的设计需求。     

一种单层贴片式双频双极化滤波天线

设计了一种单层式跨频段双频双极化滤波天线。该天线在同一平面上的高频低频辐射贴片共用一个馈电端口,且均可以在两个垂直方向馈电实现交叉方向的线极化辐射。该天线通过在馈电点与低频辐射贴片之间插入一个低通滤波器,明显提高了高频辐射贴片的交叉极化隔离度。研究结果表明,带滤波结构的天线在两个频率点的反射系数小于-20 dB,4.9 GHz的最大增益大于4.8 dBi,26 GHz的最大增益11.7 dBi,〖JP2〗两个辐射频率的辐射方向图均体现良好的线极化特性,且主极化比交叉极化大20 dBi。该天线可作为未来微波与毫米波共用的5G通信终端天线或5G通信基站的MIMO天线阵元,相关技术和结论对于研制一体化集成的双频交叉极化相控阵天线也有重要参考价值。     

Design and Analysis of a 3-Arm Spiral Antenna

A novel 3-arm spiral antenna structure is presented in this paper. This antenna similar to traditional two-arm or four-arm spiral antennas exhibits wideband radiation characteristic and circular polarization. Advantages offered by the new design are two fold. Unlike the traditional spiral antennas the three-arm spiral can be fed by an unbalanced transmission line, such as a coaxial line or coplanar waveguide, and therefore an external balun is not needed at the feed point. Also by proper choice of arms' dimensions the antenna can be directly matched to any practical transmission line characteristic impedance and therefore external matching networks are not required. This is accomplished by feeding the antenna at the outer radius by a coplanar waveguide (CPW) transmission line and tapering it towards the center. The antenna can also be fed from the center using a coaxial or CPW line perpendicular to the plane of the spiral antenna. A full-wave numerical simulation tool is used to optimize the geometry of the proposed 3-arm spiral to achieve a compact size, wide bandwidth operation, and low axial ratio. The antenna is also designed over a ground plane to achieve a unidirectional radiation and center loading is examined that improves the axial ratio. Simulated results like return loss, radiation pattern, gain, and axial ratio are compared with those obtained from measurements and good agreements are shown. Because of its unique feed structure and compact size, application of the proposed 3-arm spiral antenna for wideband array applications is demonstrated     

一种新型宽波束圆极化微带天线的设计

设计了一种新型宽波束圆极化微带天线,该天线采用四探针馈电,馈电网络由威尔金森功分器和传输线移相器组成,使四个馈电探针的相位依次相差π/2,实现了右旋圆极化辐射。通过Ansoft HFSS仿真结果表明：该微带天线结构简单、极化纯度高、全向性能好、轴比小于3dB的圆极化带宽达到27.7%,高于一般的微带圆极化天线（轴比小于3dB带宽约为15%）。天线可以很好地满足GPS通信的技术要求,也可用于无线局域网。     

小型多馈源宽频微带天线分析与设计

本文着重研究了提高轴比带宽的方法。从多馈源实现圆极化的机理出发,从理论上分析证明了采用多馈源技术可有效展宽轴比带宽。在小型微带贴片天线上,设计馈电网络,采用探针馈电,为贴片提供等幅、相位相差90°的激励,形成圆极化。仿真及实测结果表明,这种天线与单馈点天线相比,展宽了轴比带宽,提高了低仰角不圆度指标。     

具有谐波抑制功能的宽带圆极化宽缝天线

针对微波无线输能系统中接收天线质量轻、体积小、剖面低、易与微波电路集成的特点,设计了一款新型的具有谐波抑制功能的宽带圆极化宽缝接收天线。通过在长方形缝隙中添加末端具有圆形贴片的交叉结构实现圆极化性能,添加切角结构展宽圆极化带宽。在馈线上添加具有一定长度的开路支节,配合使用缺陷地结构共同实现谐波抑制功能。研究并测试了天线的反射系数、轴比、增益以及远场辐射方向图,仿真与实测基本吻合。仿真结果显示,该天线很好地抑制了基频5.8 GHz的二次谐波和三次谐波,在4.5~6.2 GHz的范围内S11<-10 dB,相对阻抗带宽31.8%;基频5.8 GHz处的轴比AR=1.3 dB,在频率范围4.2~6.15 GHz内轴比AR<3 dB,相对轴比带宽37.7%;基频5.8 GHz仿真增益6.7 dB。     

一种基于电调移相器的可重构天线

设计并实现了一种基于反射式移相器的极化可重构天线。该天线使用一对交叉摆放的领结型振子作为辐射单元,并在馈电网络中通过两路移相器调整双馈端口间的相位差实现线极化、左旋圆极化和右旋圆极化模式之间的切换。通过加载匹配枝节的方法扩展了反射式移相器的移相范围,提高了移相器的移相精度,降低了天线圆极化模式带内的轴比。所设计天线的中心频率为5.4 GHz,在线极化模式下10 dB 阻抗带宽为990 MHz,在圆极化模式下10 dB 阻抗带宽分别为760 MHz 和850 MHz,3 dB 轴比带宽分别为510 MHz和480 MHz。该天线在频带内具有稳定的波束方向图,其平均增益为5.3 dB,并且具有27 dB 的主极化-交叉极化隔离。最终的实测结果与仿真结果基本一致,表明该天线具有良好的性能。     

一种新型极化可重构微带天线

利用互补开口谐振环(CSRR)结构提出了一种新型极化可重构微带天线。将CSRR 和一个PIN 二极管开关加载在天线的地板上,通过控制二极管开关的状态,可以实现左旋圆极化和线极化之间的切换,无需额外的偏置电路。利用仿真软件分析了CSRR 的尺寸和位置对天线圆极化特性的影响。所设计的天线工作在5. 8GHz 频段范围,测试结果与仿真结果吻合较好。实验结果表明,在圆极化状态下,中心频率5. 77GHz,-10dB 阻抗带宽约360MHz,最小轴比为1. 5dB,3dB 轴比带宽为80MHz;线极化状态下,中心频率5. 72GHz,-10dB 阻抗带宽约200MHz。天线增益均为6dB 左右,具有良好的方向性,可用于现代无线通信系统中。