Vivaldi宽频带微带天线的设计与仿真

根据微波暗室中天线近场测量系统的需要,设计了一副频率范围为0.5~4.5 GHz的Vivaldi宽频带微带天线,并利用高频结构仿真软件HFSS对所设计天线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的电磁特性能很好地满足宽频带天线的技术指标要求,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。     

微带天线的宽频带技术

概述微带天线实现宽频带所采用的主要措施及各自的优缺点,并介绍分析方法以及目前常用的设计软件。     

超宽频带圆极化微带天线阵列的设计

提出了一种多层结构的宽带圆极化辐射单元,该单元采用上下2个贴片切角和空气层的层叠结构,实现了天线的宽带圆极化和宽带匹配特性.在此基础上,利用圆极化天线阵的宽带馈电技术,设计了一种超宽频带四元组合圆极化微带天线阵.经过仿真计算,天线工作于C波段时,阻抗带宽和3 dB轴比带宽分别达到了41%(VSWR<2)和34%,其带宽对一般的圆极化微带天线有大幅度的增加.该超宽频带的圆极化天线在通信、雷达等领域的应用前景相当广阔.     

一种双层宽频微带天线的设计

提出一种紧凑型双层微带天线,在贴片上开"十"形缝隙来实现天线的双频带,通过加载短路探针和接地板挖槽的方法降低天线的谐振频率,提高带宽和实现小型化。利用电磁仿真软件HFSS 13.0对天线进行了仿真,仿真结果表明,该天线在回波损耗小于-10.0 d B时,天线工作频段为2.38~2.77 GHz,带宽约为390 MHz,天线的相对带宽为15.15%,天线的尺寸相对于普通微带天线降低了65.41%,该天线的带宽有很大的提高,且结构简单易实现,可用于无线通信系统中。     

宽频带微带天线元的研究

本文分析了一类宽频带微带天线元,它们是将圆贴片微带天线进行适当变形而构成。文中用变分法、模式展开和微扰技术对这类变形圆贴片微带天线的谐振频率、辐射特性和阻抗特性进行了理论分析,并作了实际测量、吻合程度是令人满意的。文中还指出了微带天线的各电特性可通过改变变形元△S的大小、位置等来进行调整,其带宽超过10％。     

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。     

左手媒质基片微带天线的特性研究

将离散复镜像方法推广到左手媒质基片的格林函数计算中,并应用矩量法对左手媒质基片微带天线的辐射特性进行了研究.这种新型天线在左手媒质基片负介电常数的绝对值小于或等于负磁导率绝对值时,可以得到与传统微带天线相类似的方向图;而在负介电常数的绝对值远大于负磁导率的绝对值时,所得到的方向图具有主瓣宽度窄,仰角低的特点.针对这一全新的辐射特性,提出了左手媒质基片微带天线作为高指向性天线的应用.     

左手分层媒质微带天线的辐射特性研究

在推导左手分层媒质谱域并矢格林函数的基础上,分析得出了左手媒质谱域格林函数的慢收敛特性。为了将谱域格林函数转换到空域并对其进行准确的数值计算,根据左手媒质的特性,对传统的离散二级离散复镜像法提出一些改进,计算结果与变形路径的直接积分法吻合较好,验证了改进方法的正确性、精确性。运用此格林函数对一些不同参数的左手媒质微带天线辐射特性进行了全波分析,并得出它们主瓣宽度窄、低仰角等特点。     

宽带端射式微带缝隙天线的设计

介绍一种宽带端射式微带缝隙天线,给出了设计原理和实验结果,这种天线与端射式行波天线特性相近,克服了常规微带天线的窄频带缺点,实验模型的实测驻波比带宽约２１％。     

垂直电偶极子在负折射媒质涂覆基底上产生的场

研究了垂直电偶极子在负折射媒质涂覆的理想导电基底上产生的电磁场,获得了场分量的解析表达式.分析和计算结果表明,电偶极子激发的电磁场可分解为直达波、反射波、侧面波和表面波.其中表面波在负折射媒质表面传播的波数介于空气层和介质层中传播波数之间,其幅度在距离向按波的几何扩散规律衰减,在垂直于介质层方向则以正弦或余弦规律变化.由于存在三种传播波数的波,它们共同作用形成的总场将发生复杂的干涉现象.     

微带线馈电的宽带单层贴片天线

微带贴片天线已广泛应用于雷达系统,文中介绍了一种新型背腔式单层微带贴片天线,辐射贴片采用微带线馈电,为增加工作带宽,提供了两种不同的贴片形状,第一种是E形贴片,仿真及测试结果表明,此种单元在驻波比优于2的条件下可实现45%的阻抗带宽,但该单元的波瓣带宽较窄。为抑制交叉极化,通过在E形贴片上开四个槽,得到了第二种改进的E形贴片。该单元可实现14%的频带内驻波比优于1.5,同时交叉极化优于-15dB。对C波段8×16单元实验小阵的测试结果表明,该天线在17.9%的频段内具有良好的交叉极化性能及较高的工作效率。     

宽带双向微带天线设计

针对室内走廊或狭长街道小功率基站应用要求,采用微带结构设计了一款具有双向辐射特性的宽带线极化低剖面天线.天线辐射元为平行四边形结构,馈电点在其几何中心,通过在靠近馈点两侧开两个反对称L形槽,实现了宽带双向辐射特性.低剖面原型天线的相对带宽为5.8％,两端射方向增益约为4.3dBi,在工作频带内天线辐射场为有一定倾角的线极化.该天线结构可置于小功率基站内部,有助于减少系统体积.     

一种H形槽耦合的Ku波段宽频带微带天线

提出了一种Ku波段的新型宽频带微带天线,改进了H形槽耦合微带天线的结构,在辐射贴片和反射板上均开H形槽以展宽工作频带.用商业应用软件IE3D对天线电特性进行仿真计算,并制作了实验模型.实验测量结果与理论仿真结果吻合良好,其电压驻波比（VSWR）小于2的阻抗带宽达到了27.4%,交叉极化电平小于-20 dB.     

一种基于超材料的小型化宽带微带天线

分别将创新设计的“四方形”超材料单元和周期条形缝隙蚀刻在普通微带天线的辐射贴片和接地板上,设计了工作在3.67~14.17 GHz 的一种小型化宽带高增益微带天线。与原始的天线相比,新型天线的谐振中心频率降低了44.8%,相对带宽从2.7%扩展到243.1%,同时保持了良好的增益。实物测试结果与仿真结果吻合较好。因为超材料的左手传输特性影响了微带天线介质基板的等效媒质参数,导致天线的辐射场主要集中在水平方向,而不是传统的微带天线的垂直方向。     

非辐射边馈电的宽带双层微带贴片天线

介绍了一种非辐射边馈电的宽带双层微带贴片天线单元,并对其参数特性进行了仿真研究,结果表明,通过在寄生贴片上开3～5个与极化方向相平行的缝,可有效抑制天线的交叉极化,同时改善天线的阻抗带宽。相比传统双层微带贴片,该天线单元的阻抗带宽可提高3%以上,而交叉极化指标相当。当该单元应用于阵列天线设计时,可简化馈电网络,便于实现宽带、高效、大扫描角的微带共面馈电天线阵。对X波段8×8单元实验小阵的测试结果表明,该天线在17.6%的频段内具有良好的交叉极化性能及较高的工作效率。     

一种容性馈电宽带微带天线的设计与分析

通过使用容性馈电贴片、短路面和短路探针,设计并分析了一种宽带微带天线.该天线的相对带宽达到47.3% (S11＜-10 dB),频段覆盖1.6～2.59 GHz.工作频段内的3个谐振频率形成了足够大的带宽.仿真结果表明,容性馈电贴片对辐射贴片表面电流的耦合效应会影响天线的性能,通过调节短路探针的位置可以获得稳定的辐射方向图.该天线的工作频段和特性符合无线通信系统应用的要求.     

一种十字形缝隙耦合的Ku波段宽频带双极化微带天线

采用十字缝隙耦合,层叠贴片和微带线馈电的结构形式,设计了一种适用于Ku波段的宽频带双极化微带天线。利用电磁仿真软件CST 5.0微波工作室对天线的电特性进行仿真优化,并制作了实物模型,实测结果和仿真结果吻合良好。两馈电端口回波损耗小于-10 dB的阻抗带宽分别达到34.2%和28.7%,端口隔离度高于21.4 dB。     

一种新型的超宽频天线的设计

提出了一种微带馈电的新型超宽频的天线,该天线印刷在覆铜介质基板上,介质基板尺寸为30.0 mm×35.0 mm×1.6 mm,材料是介电常数为4.4的FR4介质,利用仿真软件HFSS对天线参数进行仿真和优化.通过在微带面上开缝,可实现天线频带宽度(回波损耗S11＜-10 dB)2.6～11.5 GHz,相对带宽达126％.结果表明,该设计天线不仅满足超宽带要求,且结构简单,体积小,适合在超宽带天线(UWB)通信中应用.     

一种改进的宽带微带天线设计

设计了一款工作于470~860 MHz的改进微带天线,并对其进行了性能仿真和参数优化。所设计的天线使用高介电常数的介质基片,并在其上下表面使用对称放置的半椭圆形金属铜片,利用椭圆曲线的渐变特性来达到展宽带宽的目的。在保证足够带宽和频率要求的前提下,这种设计缩小了天线的尺寸,可方便用作车载电视和手持电视等设备的接收天线。     

一种新型宽带双极化微带贴片天线的设计

摘要：运用口径耦合理论、腔模理论、反相馈电技术和多层贴片结构设计出一种新型的P波段（中心频率为0．75GHz）宽带双极化微带贴片天线。天线的两个极化端口采用共面馈电;馈电网络设计中采用短路耦合线实现反相馈电。仿真结果表明该天线两个极化端口实际增益均达到8．5dB,水平极化端口在0．64-0．85GHz频率范围内驻波比小于2,相对带宽为28％;垂直极化端口在0．68-0．85GHz频率范围内驻波比小于2,相对带宽为22．6％,两端口隔离度高于53dB。