一种大带宽高增益微带天线的研究与设计

普通微带天线带宽很窄,大多数扩展其带宽的方法是以牺牲天线增益为代价的.本文提出了一种新型大带宽、高增益微带天线结构.该天线采用厚的空气介质层,通过与贴片相连的斜置金属带进行馈电.此外,还采用了U形接地板来提高天线的增益.利用HFSS仿真软件计算和分析,探讨了各结构参数的变化对天线性能的影响,给出了详细的设计过程.仿真结果表明,该天线在驻波比小于2 时的相对带宽可达75.5%,在整个频带内的平均增益为7.31 dBi,而且,方向图和增益随频率变化较平稳.     

基于通信卫星的非对称圆环毫米波微带天线

针对毫米波微带天线的特点,设计了一种可用于通信卫星的天线.该天线在辐射贴片的顶部开了个渐变的缝隙并在天线体上方放置矩形槽形成耦合,从而达到展宽天线带宽的效果,在天线单元的基础上分析了该天线的阵列形式.采用基于时域有限积分算法的CST三维电磁仿真软件对该设计进行仿真,分析结果表明在设计的工作频带范围内,该天线具有较好的带宽范围和较高的增益,且结构小巧简单,具有较高实用价值.     

表面开槽的宽带遥测微带天线设计

微带天线由于体积小、易共形、适用于金属环境等优点而被广泛地应用于旋转件遥测系统中。针对传统微带遥测天线带宽较窄的问题,本文提出了一种通过在天线贴片和地板上开槽来扩展带宽的设计方法,并进行了仿真和测试验证,二者结果吻合良好。高频电磁结构仿真软件HFSS的仿真结果表明,通过在适当位置开槽,可使得天线的相对阻抗带宽(S11<-10dB)达到5.6%(2.409~2.545GHz),基本覆盖ISM频段,最高增益可达4dBi。测试结果表明其相对阻抗带宽为6%(2.41~2.56GHz),在收发天线间距10毫米的情况下,传输系数S21达到-22dB,可以满足遥测系统的需求。     

一种宽频带RFID阅读器天线的设计

UHF RFID标签在密集布放环境下,会由于标签天线间的互相影响,使工作频率发生偏移,造成系统漏读.因而本文设计了一款新型的圆极化阅读器天线,该天线工作在UHF频段,具有小型化、高增益、宽频带的特点.其中主辐射圆形贴片通过4个探针与微带匹配网络上下相连,匹配网络的引入提高了天线的圆极化轴比和工作带宽.仿真结果表明,该天线在UHF频段的阻抗带宽和3 dB轴比带宽分别为13％和5％,增益高达9.4 dBi.在空旷的环境下,对密集布放的多个RFID标签进行读取测试.实验表明,运用宽频带的RFID阅读器天线可以有效地提高标签的读取率.     

X波段宽带Vivaldi相控阵天线的设计

为了同时兼顾天线的带宽和尺寸,设计了一副工作在X波段的宽带雷达相控阵天线。由于只考虑雷达一维方向扫描,故采用线性阵列。阵列单元选用开口为指数型的渐变槽线天线,天线单元的尺寸为1.5λ×1.2λmm,阵列单元沿H面排列。仿真结果表明,该天线阵的工作带宽达到20%,增益达到16dB,辐射效率高于90%。分析了天线阵单元间的互耦效应,耦合强度小于-20dB,计算结果与仿真结果具有良好的一致性。     

基于SIW的宽频带喇叭天线设计

设计了一款具有宽频带高前后比的基片集成波导H面喇叭天线。该天线通过在基片集成波导喇叭的口径前端加载半圆形介质基片和半圆形金属片结构,实现了天线阻抗带宽的展宽及天线前后比的提高,此时天线整体尺寸为16λ×32λ mm。仿真结果表明,天线S11＜-10 dB的频率范围为228～282 GHz,相对带宽达到21%;在23～26 GHz的频率范围内,天线前后比始终大于13 dB,天线最大增益能够达到122 dB,且在较宽频率范围内天线增益保持稳定。相较于其他基片集成波导喇叭天线,该天线结构更加简单,具有更好的带宽、增益及前后比。     

PBG结构圆柱形微带贴片天线的设计与仿真

本文利用光子晶体带隙(PBG)结构的特点,将特殊设计的 PBG 结构应用于圆柱形微带贴片天线中。在同轴线馈电的圆柱形微带贴片天线的介质上蚀刻出按一定规律排列的 PBG 结构,并基于 HFSS 对特殊设计的 PGB 结构圆柱形微带贴片天线和普通的圆柱形微带贴片天线进行仿真和优化,仿真结果表明,按照一定规律排列的 PBG 结构可以有效抑制天线表面波的传播,明显提高圆柱形微带贴片天线的带宽和增益,有效改善圆柱形微带贴片天线的辐射方向图,实现天线性能的优化设计。     

局部放电检测用超高频天线的设计与性能对比

根据高压电力设备局部放电信号检测的需要,基于PCB技术设计并制作了四种不同原理和结构尺寸的超高频天线,仿真分析了其性能参数,检验所设计天线用于局部放电超高频检测法的可行性。利用矢量网络分析仪测试天线的端口特性,验证了天线的电压驻波比等参数。基于GTEM小室提供标准场,在不同工作频率下分别对四种天线样机的天线系数进行了标定,得到各天线系数的拟合公式与曲线。采用针-板放电模型作为局部放电源,基于脉冲电流法测量参考放电量,对所设计的天线进行了局部放电测试实验,采集天线接收到的局放信号波形。仿真和实验结果表明微带天线与缝隙天线工作带宽和增益较低;偶极子天线与螺旋天线在工作频带内损耗低、增益高、阻抗匹配效果较好,检测局部放电信号的效果良好。     

小型化双频印刷缝隙天线

针对无线通信系统中的多频段传输天线的小型化问题,设计了一种由L型微带线馈电的小型化缝隙天线。通过在地平面上开三个阶梯组成一端开口的缝隙切断电流路径,从而实现WLAN频段的双频带覆盖。运用电磁仿真软件对天线进行参数仿真和优化分析,通过改变缝隙的长度和宽度来实现天线同时工作在2.45GHz和5.8GHz。结果表明天线端口回波损耗S11≤-10dB以下工作带宽分别为2.4~2.49GHz和5.48~6.1GHz,满足IEEE802.11b/g和IEEE802.11a/n标准。同时对天线进行实物制作并进行端口回波损耗、增益和辐射方向图测试,仿真结果与测试结果比较吻合。相较于传统平面缝隙天线,本文提出的天线尺寸紧凑且结构简单,易于加工并与电路良好集成,具有广泛的通信应用前景。     

宽带锥形缝隙微带天线的研究与设计

根据微波暗室中天线近场测量系统的需要,基于槽线及微带线理论,对宽带锥形缝隙微带天线的阻抗特性进行了研究,设计了一副频率范围为1～2.8 GHz的宽带锥形缝隙微带天线,并利用高频结构仿真软件HFSS对所设计天线的的几何结构进行了优化,计算了天线的驻波比,方向图等重要的电性能参数。仿真结果表明该天线在整个工作频段内增益高,方向性好,阻抗带宽达95%,完全具备宽带天线的特性。加工成型后可用在宽频带测量系统中作为标准的接收天线。     

Multi-element array signal reconstruction with adaptive least-squares algorithms

For a mechanical antenna system with a perfect parabolic reflector surface of diameter D the antenna gain is proportional to (D/λ_c)², where λ_c denotes the received carrier wavelength. However, for a practical system an increase in D/λ_c is also associated with a decrease in antenna efficiency due to the imperfect reflector surface. Since the antenna efficiency is a very sensitive function of the RMS surface deviation or effectively ofD/λ_c, the loss in efficiency can more than offset the increase in directivity. The loss in efficiency results owing to the dispersion of the signal in the focal plane, with the result that only a fraction of the available signal power is collected by the focal feed. A configuration wherein several feeds are placed in the focal plane of the antenna is considered so as to capture all the available power. However, the signal phase and amplitude at the outputs of the various feeds vary randomly with time owing to the time-varying deformation of the reflector surface induced, for example, by vibrational modes set up by gravitational or thermal fields or wind. Coherent signal combining techniques based on an adaptive least-squares algorithm are investigated for nearly optimally and adaptively combining the outputs of these feeds. The performances of the two proposed versions of the least-squares algorithm are evaluated by simulations. It is shown for the example considered that both the adaptive least-squares algorithms are capable of offsetting most of the loss in the antenna gain incurred owing to reflector surface deformations.     

椭球反射面聚焦天线的设计和仿真

本文根据聚焦要求,采用物理光学法分别设计了工作在Ka和Ku波段的椭球反射面天线,计算了正馈和偏馈两种方式下的反射面的焦场,并用电磁场仿真软件进行验证,结果表明理论计算与软件仿真结果一致。同时,对影响焦斑大小的因素进行了分析和比较,结果表明无遮挡的偏馈方式的汇聚效果稍优于正馈,口面越大聚焦效果越好。     

应用于ISM频段的小型双频微带天线

针对现代无线通信系统小型化、便携式的发展趋势,提出了一种新型的应用于ISM频段的小型双频微带天线,该天线成功覆盖了部分ISM频段(433.05~434.79MHz、2.4~2.5GHz)。蜿蜒的曲流结构,使得电流分布长度增加,从而使天线尺寸成功缩小到30mm×25mm内。加载技术的应用,实现了天线的双频特征。根据天线尺寸,做出了实物并与仿真结果进行比对。测得实际带宽:低频部分(428~440.6 MHz)、高频部分(2.39~2.51GHz);实际增益:低频部分为-4.11dBi、高频部分为1.57dBi,与仿真结果基本吻合。     

一种基于方向图重构机制的宽带宽视角相控阵天线

本文提出了一款风车形方向图可重构单元及其作为阵元的二维平面宽带宽视角扫描相控阵天线。所提出的单馈方向图可重构单元天线由辐射贴片、直流偏置电路以及宽带人工磁导体(Artificial Magnetic Conductor, AMC)反射面构成。其中,辐射贴片为馈电结构可重构的四个Vivaldi缝隙组成的风车形贴片,它能够通过改变PIN二极管的通断以实现宽带内四个端射方向上的波束切换。此外,将AMC反射面加载于辐射结构的后端,使得最大辐射方向由原来的端射方向调整为准端射方向,这样有利于单元天线组阵后的扫描波束能够覆盖到侧射方向。对该天线单元及其构建的8×8均匀平面相控阵天线进行了仿真与分析。仿真结果显示,所设计的阵列天线同时具备了宽带宽视角二维波束扫描性能,其在5.4 ~ 6.1 GHz的工作频带内可以实现±60°范围内的二维波束扫描。同时,阵列的增益波动小于4.3 dB,并且具有较低的旁瓣电平。     

不同场景车载天线电磁特性研究

天线是车载通信系统的重要设备,天线电磁特性的研究对提高车载通信系统电磁兼容性能十分重要,是实现车载通信的基础.根据理论推导和经验公式,分析了城市和高速公路等不同场景下车载天线电磁波传输特点,建立了电磁波传输模型,仿真分析了车载天线电磁特性.仿真结果得出了不同场景下通信距离、车体形态与天线增益的关系;结果表明随着通信距离...     

基于SIW的宽角度波束扫描CPW-CTS天线阵设计

本文基于基片集成波导(substrate integrated waveguide,SIW)提出了一种具有宽扫描角度的连续横向枝节(continuous transverse stub,CTS)频扫天线阵.沿纵向周期排列在共面波导馈线(coplanar waveguide,CPW)上的SIW结构CTS阵列向空间辐射电磁波.提出一种新型宽带CPW慢波结构作为天线阵的馈线,用以增大相邻天线单元之间的相位差,在8.6～13.7 GHz频带内,相位变化范围在89.3°～-83.3°,从而使天线阵主波束随频率实现大范围扫描.为了减少天线阵的后向辐射,在其背面1/4波长处加反射板.设计了一个4元SIW结构CPW CTS天线阵,利用全波仿真软件HFSS进行了分析.结果表明,在8.6～14 GHz频带内天线阵反射系数小于-10 dB,随频率增大实现E面-40°～56°的扫描,在各方向上的最大增益在9.8～12.3 dBi.     

基于TracePro软件的组合反光镜设计与分析

为了提高光源的利用率以及提升光学系统的成像质量,该文设计了一种椭球、球面组合反光镜系统。利用TracePro光学软件建立了组合反光镜模型,并对其进行模拟仿真。仿真结果表明:与传统的椭球反光镜相比,光学组合反光镜能够较大程度地提高光源的利用率。同时还对氙灯光源与组合反光镜系统的应用进行了分析。     

PCB Base Log-periodic Antenna for Mobile Communications

A log-periodic antenna can provide directivity and gain when operating in a wide band. The log-periodic antenna is used in many applications where wide bandwidth is required along with direct and medium gain. This research implements a sequential approach to the design and simulation of the performance of a printed log-periodic dipole antenna (LPDA) capable of operating in the 1800 MHz frequency range. The advantage of this antenna is the compactness and easy integration into planar circuits suitable for applications requiring wide bandwidth and high gain. The dimension of the designed antenna was originally calculated taking high frequency as 1885 MHz and low frequency as 1805 MHz, then modeled using HFSS-13 electromagnetic simulation to determine the effect of substrate dielectric properties on dipole width and length for element optimization. The design was verified by creating and measuring S11 and radiation dia-grams. The designed antenna has a total gain of 7.9dB and a wide bandwidth.     

标准增益喇叭天线的准确定标测量

标准增益喇叭天线经常用作天线测量时的增益参考天线,所以,标准增益喇叭天线的增益定标值的准确性决定了被测天线增益测量的准确度。目前国内所使用的标准增益喇叭天线往往采用理论值,不能很好地保证天线测量数据的准确性。介绍了一种通过时域测量技术以及距离影响修正相结合,对标准增益喇叭天线增益值进行准确定标的测量方法。经过实验验证,该方法具有准确度高、易实施、适用于各类型天线产品测量的特点。     

基于HFSS的双脊喇叭天线的设计与仿真

宽带喇叭天线在测量,雷达及通信系统上的应用已愈来愈广泛。利用电磁仿真软件HFSS,给出了一种宽带双脊喇叭天线的仿真模型及其各部分结构的具体设计方法,并结合实际的工程需要,设计了一幅频率范围为1GHz～18GHz的宽带双脊喇叭天线,通过对其电性能参数进行仿真及测量。结果显示:驻波比在1.6GHz～18GHz的范围内小于2.5,在整个频段上,增益大于10dB,三维方向图在15GHz时主瓣才开始出现分裂,并且随着频率的升高,直到18GHz主瓣也没有出现大的凹陷。设计的天线能够满足更高的工程要求。