高速动车组车载双频天线设计与布局研究

针对动车组内无线通信质量问题,在微带线的基础上运用分枝法,设计出满足高速列车车载要求的双频单极子天线。天线尺寸为23mm×36mm×1.3mm,最大增益为3.8dBi,其工作频段为2.28~2.64GHz和5.47~6.15GHz,在2.4GHz和5.8GHz频段相对带宽分别为14.6%和11.7%,覆盖ISM频段。以CRH380A型动车组内部环境为研究对象,运用CST电磁仿真软件,建立车厢内部车载天线布局仿真模型。同时,将车内传输效果与自由空间进行对比。各BSS内的天线传输系数在ISM频段内位于-20~-50dB之间,RSRP属于最优等级Ⅰ。验证了所设计天线的有效性及其布局的可靠性。研究结果对动车组车载天线设计以及车内天线布局有很好的参考价值。     

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。     

六频段手机天线的设计

提出了一种应用在手机终端上,同时能够覆盖无线通信频段中六频段的新型天线设计。在设计中应用到了多个短截线和条带线来产生多频段。整个天线包括接地面在内的体积是38mm×140mm×7mm。该天线能够工作在LTE700、AMPS800、GSM900、ISM/Bluetooth、WLAN和WiMAX这6个频段。根据计算、仿真优化的尺寸,对天线原型进行了制作与测试,在最后给出了软件仿真结果和实际测试结果,结果显示两者基本吻合。     

七频段金属外壳手机天线的设计

提出了一种应用在金属外壳手机终端上,实现了-6dB以下的带宽为800~960 MHz,1 710~3 000 MHz频段的天线设计。为了保证辐射性能和所需带宽,在金属的手机外壳的短边上开宽为2mm的U型槽,在馈电处采用电容匹配和一个可切换的电路接地枝节实现GSM850/900 (824~960 MHz),DCS/PCS/UMTS2100(1 710~2 170 MHz),LTE2300/2500 (2 300~2700 MHz)七个频段的覆盖。手机尺寸为152 mm×72 mm×6.8 mm,天线的净空区域为7 mm×70 mm。通过实物测试,手机天线的辐射效率,在低频824~960 MHz频段中为38%~46%,在1 710~2 700 MHz中,辐射效率为可达38%~64%。该天线具有很好的辐射性能,适合应用于金属外壳的移动终端中。     

加载极化扭转人工磁导体的双频圆极化天线

为减少多径损耗、抗极化失配,同时满足无线设备对多频段的需求,设计了一款加载极化扭转人工磁导体的双频圆极化 天线。 极化扭转人工磁导体采用双层结构增加了相位响应,使用矩形环延长电流路径,矩形环中加入圆角和截断的矩形贴片结 构引起表面阻抗不平衡性,实现了在 2. 45 GHz 和 5. 8 GHz 频段内高效的极化转换。 在双频单极子天线下方加载极化扭转人工 磁导体,利用 90°极化旋转效应实现了在低频段左旋圆极化和高频段右旋圆极化。 仿真和实验结果表明:设计天线的工作带宽 分别为 2. 2~ 2. 58 GHz 和 3. 5~ 6 GHz,3dB 轴比带宽分别为 2. 3~ 2. 56 GHz 和 5. 6~ 6. 2 GHz,峰值增益分别为 16. 8 和 7. 5 dBic。 实验结果证实了采用极化扭转人工磁导体可以降低双频圆极化天线的复杂度。     

一种紧凑型三陷波 UWB-MIMO 天线的设计

提出了一种紧凑型的三陷波超宽带多输入多输出(ultra wideband multiple-input multiple,UWB-MIMO)天线,将半圆形与 正六边形结合作为辐射贴片,接地板引入带“梳子”缝隙状 T 型枝节来实现较高的隔离度,天线尺寸为 36 mm×18 mm×1. 6 mm。 通过在辐射贴片上刻蚀倒“Ω” 形槽,在馈线上刻蚀类“U” 形槽以及贴片旁引入类“U” 形枝节的方式实现 WiMAX( 3. 3 ~ 3. 6 GHz)、WLAN 部分频段(5. 725~ 5. 825 GHz)和 X 波段下行频率(7. 25 ~ 7. 75 GHz) 3 个频段的陷波。 仿真与实测结果均表 明,该 UWB-MIMO 天线的工作带宽为 1. 9 ~ 10. 6 GHz,相对带宽达到 139%,3 个陷波频段为 2. 9 ~ 3. 7 GHz、5. 6 ~ 6. 0 GHz 和 7. 05~ 7. 76 GHz,且隔离度大于 20 dB,包络相关系数 ECC<0. 003,说明天线在各方面特性良好,可以满足 UWB-MIMO 天线的 要求。     

超小型内置柔性宽频带UHF单极子天线传感技术

特高频(ultra high frequency,UHF)法是电力设备局部放电(partial discharge,PD)绝缘缺陷常用的检测方法，在内置安装空间受限的情况下保证UHF天线具有良好的PD高频电磁波信号感知性能至关重要，基于聚亚酰胺(polyimide,PI)柔性基底设计了一种小型化UHF单极子天线，尺寸仅为58 mm×36.8 mm×0.3 mm，相较于传统单极子天线结构缩小了50.4%，并且通过对辐射区镂空和弯折处理改善了天线的低频性能。仿真和实测表明，设计的柔性天线在绝缘油和SF6绝缘气体中的有效带宽分别达到360 MHz～2.35 GHz与440 MHz～1.78 GHz，可全向接收PDUHF信号且弯曲形变后天线能保持良好的辐射性能。最后，搭建220kV真型气体绝缘组合电器和变压器PD模拟实验平台，对柔性天线在不同绝缘缺陷下的PD检测性能进行实测。结果表明，柔性天线内置后能有效检测到低放电量下的PD UHF信号，具有较高的灵敏度，可满足电力设备PD检测需求。     

一种具有双频段的新型分集微带天线设计

提出了具有高隔离度的新型双频分集微带天线。天线的辐射单元由2个对称的非均匀圆环单极子组成,为了提高隔离度,天线的去耦结构采用分离式接地平面,并在接地平面上引入T形分支结构。分析了天线关键结构参数对天线性能的影响,实际制作了天线,给出了所设计天线的仿真与测试结果,二者吻合较好。所设计的天线具有2.4～2.484GHz WLAN和3.4～3.69GHz WiMAX 2个工作频段,在2个频段中,天线具有较好隔离度(S12<-20dB)。同时,它的辐射区域空间互补,可有效克服多径衰落,提高系统性能。     

共面波导馈电的超宽带天线研究

设计了一种共面波导馈电的超宽带(UWB)天线,其阻抗带宽达到341%。所设计的天线印刷在尺寸为28mm×21mm×1.6mm,介电常数为2.65的聚四氟乙烯介质基板上。同时为了实现该天线与WLAN(5.725~5.825GHz)系统的协同工作,本文在共面波导的地面上刻蚀一个矩形槽,实现UWB与WLAN系统的兼容。利用高频结构仿真软件HFSS对影响天线性能的主要物理参数进行仿真、分析和优化,得到天线的优化尺寸。实验结果表明,该天线比传统微带贴片天线性能有了较大的提高,从而表明了利用共面波导馈电和刻蚀矩形槽的天线设计方法实现多种宽带通信系统兼容的可行性和有效性。     

用于GIS局部放电的树状分形超宽带天线

为检测气体绝缘开关设备(GIS)局部放电的超高频(UHF)信号,基于分形技术设计了一种超宽带小型天线。对天线的几何参数进行了优化仿真。该天线的回波损耗(S11)小于10 dB带宽为0.5~1.5 GHz(相对带宽为100%),在频带内方向性良好,能够实现全向辐射;天线具有较高增益,在0.5~1 GHz频带内方向图主瓣增益为2~4 dB;天线尺寸较小,实际尺寸为200、160、1.6 mm。搭建了模拟局部放电的实验平台,对研制的天线进行测试,结果表明,基于树状分形超宽带天线的UHF局放检测系统抗干扰能力强,可用于GIS现场局部放电检测。     

一种平面小型化超宽带天线的设计

提出了1款小型化单极子超宽带天线。该天线印刷在厚度h=1.0mm,介电常数εr=4.4的FR-4环氧树脂介质板上,主要由类似矩形辐射面、阶梯型接地面组成,总尺寸为33mm×28mm×1mm,满足小型化的设计要求。天线具有3.1～12.5GHz的可用超宽工作带宽(相对带宽达到120.5%)、良好的全向辐射特性、较高的增益和较小的群延时。同时,为了抑制来自全球微波互联接入系统(Wimax,3.3～3.6GHz)或无线局域网系统(WLAN,5.15～5.35GHz,5.75～5.825GHz)的干扰,利用在矩形辐射单元上蚀刻不同长度的C型槽的方法,使天线分别在频谱3.16～3.93GHz或5.11～5.89GHz上具有带陷特性。另外,文中给出了超宽带辐射单元尺寸和陷波槽总长度的估算方法。     

Slot loaded rectangular patch antenna for dual-band operations on glass-reinforced epoxy laminated inexpensive substrate

This paper presents a straightforward design and analysis of rectangular radiating patch with narrow slots and microstrip line fed patch antenna for dual band operations. A parametric analysis has been carried on during the design process for finding the desired resonant frequencies. The final design concept of the antenna has been validated through fabricating the antenna prototype and then measuring its characteristics. The proposed antenna is implemented by using cost effective FR4 substrate, which comprises of vertical narrow slots on the radiating element and partial ground plane. The experimental results of the antenna prototype show the impedance bandwidth ( \(<-10\) dB reflection coefficient, S11) 396.4 MHz (286.9–683.3 MHz) and 310 MHz (4.28–4.59 GHz) with center resonant frequency 460 MHz and 4.5 GHz respectively. The proposed antenna has achieved 6.6 dBi average gain with 85 % average radiation efficiency for lower band and 9.7 dBi average gain with 88 % radiation efficiency for upper band. The bandwidths of the antenna are broader enough to cover medical telemetry communications, UHF wireless communications and terrestrial communications services.     

Miniaturized modified circular patch monopole antenna on ceramic-polytetrafluroethylene composite material substrate

A 0.22λ×0.29λ×0.03λ miniaturized modified circular patch monopole antenna on high permittivity ceramic-Polytetrafluoroethylene (PTFE) composite material substrate is presented. The proposed antenna is designed and investigated using 3D full wave high frequency electromagnetic simulator and fabricated using printed circuit board (PCB) prototyping machine. Impedance bandwidths (Reflection coefficient <?10 dB) of 26.76 % (5.0–6.3 GHz), 5.3 % (9.1–9.6 GHz) and 3.6 % (10.7–11 GHz) have measured. Average gains of 0.9 dBi, 3.68 dBi and 3.63 dBi measured at first, second and third band correspondingly. 87.3 %, 88.5 % and 93.1 % radiation efficiencies have achieved at three resonant frequencies 5.6 GHz, 9.5 GHz and 10.9 GHz respectively. The measured symmetric and nearly consistent radiation pattern makes the proposed antenna suitable for C band and X band applications. In this letter, the effects of dielectric properties of substrate material and design parameters have studied.     

一种新型的四频平面倒F天线

本文在分析传统平面倒F天线实现多频的U形、L形开槽方式基础上,对天线馈电形式及贴片的开槽形式进行了改进设计,通过改变馈电形式,并且在双层矩形贴片开出双∏型槽,使得天线实现四频特性。同时以一个工作在RFID（915MHz）、GSM（1800MHz）、WCDMA（2000MHz）和WiMAX（2.45GHz）,4个频段的平面倒F天线为例,给出了详细的设计过程和具体的设计参数.这种天线结构简单,容易制作,易于调节。本文使用HFSSV10进行了仿真分析。实测结果和仿真结果比较吻合。     

一种提高全向水平极化天线带宽的设计

设计了一种新型带微扰的宽带全向水平极化天线,通过天线正面的弧形偶极子的阶梯状边缘和背面的正方形微扰提升天线带宽.利用CST仿真得到最优的参数解,并制作实物进一步验证天线带宽.四对弧形偶极子组成一个圆环,每对弧形偶极子对应一个方向,并通过宽带巴伦均匀同相馈电,模拟载有均匀同相电流的圆环以实现全向水平极化.天线相对带宽50％(1.71～2.85GHz),并且在1.71～2.55GHz间拥有较高增益(2～4dBi).该天线结构简单、紧凑、低剖面,特别适合于室内基站建设.     

Multiple-antenna communication systems: an emerging technology

A recent development in wireless communications is the application of multiple-input multiple-output (MIMO) systems to radio communications via use of multiple antennas. In order to investigate the technologys potential, an experimental MIMO system containing two four-element antenna arrays (4x4) has been developed at the University of Alberta. The system is used to obtain MIMO channel measurements in a typical indoor office environment in the ISM band (902-928 MHz). Measurement campaigns have been performed using different antenna spacings and two different types of antenna: half-wavelength (lambda/2) centre-fed dipoles and dual-polarized patches. The measurements are used to calculate channel capacities for an indoor 4x4 MIMO system. The measurements confirm the high capacity potential of a MIMO channel, with ergodic capacity of approximately 21 bits per channel use available with either antenna type at a signal-to-noise ratio of 20 dB if the antenna element separation is lambda/2 or larger. An introduction to basic MIMO theory, a discussion of the University of Alberta wireless MIMO testbed, and observations regarding the measured indoor MIMO channel are presented in the paper.