超低频天线最优波束成形设计研究

针对现有超低频天线发射端单一化缺陷和通信距离受限瓶颈,为实现超低频电磁发信系统的小型化和远距离传输,该文对旋转式永磁体机械天线的超低频电磁发信技术进行了理论创新和工程实践。探究多输入单输出(MISO)场景下超低频多机械天线电磁辐射理论,建立了基于三相感应电机的多机械天线阵列的空间磁场分布模型。仿真结果表明：利用三相感应电机组成的2元机械天线阵列可使磁感应强度在近场提高3 dB。该文还提出了多天线超低频近场最优波束成型技术。仿真结果表明：当天线之间的初始相位相等时径向接收磁场分量场强最大。设计高精度同步技术并搭建原理样机进行测试,实验结果表明：发送端采用2元天线组阵,信号功率提高6 dBm,传输距离可达50 m。     

基于三相感应电机的小型化超低频发射天线研究

针对低频电磁传输中天线尺寸过大的问题，设计了一种基于三相感应电机的小型化超低频发射天线.电机工作时产生了时变低频电磁场，可作为超低频发射天线.为有效分析其电磁场分布，文章建立旋转磁偶极子数学模型以等效电机内部旋转时产生的磁场.首先，对电机内部磁场和旋转磁偶极子的关系进行阐述，利用麦克斯韦方程组，得到旋转磁偶极子的电磁场分布.其次，通过电磁仿真软件验证旋转磁偶极子的近场分布特性和远场辐射特性.最后，通过实验对电机近场的磁场分布进行验证.仿真和实测结果表明，三相感应电机具有超低频天线的辐射特性.     

智能终端设备低成本NFC天线设计方法

近场通信(Near Field Communication,NFC)系统通信频率为13.56 MHz,采用近场磁耦合方式进行信号传输,具有通信距离近、安全度高等特点,广泛应用在银联、公交、门禁等领域。随着NFC技术的发展,越来越多的智能终端设备中配备了NFC系统。由于NFC系统工作频率低,NFC天线面积较大,天线尺寸通常为30 mm×40 mm,而且配置磁性基板用于金属环境使用,这使NFC天线制造成本较高,不利于NFC系统应用。本文通过空间磁场分布理论计算,采用分布式磁性基板设计,大幅降低磁性基板使用面积,并通过NFC天线结构设计,提高天线磁场辐射性能。仿真与实验证明,该设计方法使NFC天线磁性基板使用面积下降约40%,且天线辐射能力增强。在提升天线性能的同时,有效降低天线成本。     

超低频机械天线通信模型及信号接收线圈研究

机械天线作为超低频通信技术,是当今国际瞩目的一个新兴研究领域,在远距离通信、水下通信等方面具有广泛的应用前景.为实现小型化和低功耗的超低频机械天线,提出旋转偶极子式机械天线结构和通信模型.针对提出的通信拓扑结构及通信信号辐射强度,研制三轴正交线圈作为信号接收单元.提出基于线圈热噪声电压与感应电压比值的灵敏度归一化表征方法.并对研制线圈的灵敏度及工况进行实验.实验结果表明:灵敏度理论模型可用于高灵敏度线圈设计,研制的空芯线圈可用于机械天线信号接收;铁制品的存在对线圈接收性能有影响.该实验研究为超低频机械天线接收线圈的优化设计提供理论参考.     

阵列天线近场校准方法及在波束形成中的应用

大型相控阵天线阵列由于天线口径很大,给天线远场测试带来很多困难,天线近场测试方法可以有效解决这类问题。本文在实际工程中利用天线近场测试方法对大型天线阵列的幅相误差进行了测试及校准。试验结果表明,此方法可以用于评估阵列天线的一致性。波束形成后,相对于接收机闭环校准,天线误差校准可以明显降低旁瓣,并且测角偏差明显减少,在短波低频段表现尤为突出。     

终端近场通信天线研究北大核心CSCD

近场通信(NFC)已成为无线终端的标配功能,工作范围小、抗干扰性和安全性较高的特性使其被广泛应用于终端的移动支付和虚拟卡片等领域。由于近场天线产生的感应磁场会在临近的金属上耦合出反向涡流,并且金属屏蔽物覆盖会降低收发天线间的磁场耦合,紧凑终端中的电池、主板、外壳等金属元件将大幅影响NFC天线性能。本文从近场通信的历史、标准、系统结构出发,以终端NFC天线工作环境中的金属覆盖情况作为分类依据,对终端近场通信天线的研究进展进行了简要介绍。     

一种近场调制型芯片天线特性的研究

近场直接天线调制（NFDAM）技术是新近出现的一种高安全性宽频带调制技术,它改善了传统调制技术中系统结构复杂、通信的安全性差等特点。应用NFDAM 技术所设计的近场调制型芯片天线能够发射一种与方向相关的信号,所辐射的远场信号由于天线近场电磁边界条件的改变而进行调制,本论文通过在主天线附近放置具有开关的反射器的方式实现改变天线辐射特性,开关的闭合和断开的控制改变反射器的反射特性,从而形成不同组合的天线形式。本文设计完成了一个工作在60GHz 的最简化近场调制型芯片天线,利用CST 电磁仿真软件和MATLAB 软件对天线远场的辐射特性进行了仿真和分析,对近场调制型芯片天线的调制作用及通信的安全性进行了验证。     

一种新型超宽带磁天线

该文设计制作了一种新型实用的超宽带磁天线。天线采用平衡馈电,文中对天线的回波损耗、辐射性能和时域响应进行了数值仿真和实验测试。在驻波比小于2时天线有107%的阻抗带宽,大约100%的方向图带宽,工作频段完全覆盖超宽带通信频谱。研究表明,天线有大于5dB的平稳增益,能够不失真地传播脉冲波形。而且由于磁场能量占优,不易于与近场物体互耦,特别适合于室内等物体繁杂的地方应用,有非常强的实用价值。     

直线终端金属细线天线特性的数值及实验分析

该文对一种直线终端金属线状结构的天线相关特性进行了分析,对天线在自由空间的辐射特性、辐射有效区以及电压驻波比(VSWR)用时域有限差分方法(FDTD)进行了分析,同时进行实际测试;研究了终端阻抗、介质介电常数、天线张角和距地面高度的变化对天线特性的影响,对在不同调制频率下的近场分布特性进行了仿真。结果表明,仿真和测试结果基本一致,该种类型天线比常规bow-tie天线对测试环境变化的适应能力更强。     

螺旋式磁场天线与电场天线近场互感特性研究

对螺旋式磁场天线与电场天线近场互感特性进行了研究,通过相关理论推导和计算机软件计算,得到磁场天线对电场天线的感应随着两天线夹角变化规律.     

目前临床医用微波辐射器的缺陷与改进方向的研究

利用蛋清凝固热图实验和漏能功率仪测量，分析了不同的医用微波辐射器的能量分布，指出单极子天线根部辐射能量较大，顶部较弱，不适宜作为医用微波体内辐射器，而实验显示螺旋型天线在靠近顶部时是最强的，辐射能量集中而有效，实验结果和多例临床应用证明：螺旋型天线稳定、高效、安全，在临床上用有着广泛的应用前景，建议螺旋型天线代替单极子天线作为研究方向。     

电小线圈近场分析

天线的近场分析在近场通信(NFC)、电磁兼容(EMC)、阵列天线设计等领域越来越受到关注。准确高效的近场分析方法对于近场的分布控制和引导机制等有着重要的作用。本文针对典型天线磁偶极子(电小线圈)的近场进行了初步的理论研究,主要分析了磁偶极子的近场平均能量密度分布、有功功率和无功功率的关系和分布。并通过磁偶极子的场分量计算平均坡印廷矢量,从而定性分析了线圈"储能"和"辐射能量"的关系,同时根据平均坡印廷矢量给出了电小线圈的近场"储能"中能量流动的物理图像。本文还计算了磁偶极子的平均电场能量密度和平均磁场能量密度,并进一步分析了二者的分布以及比较了二者的大小关系。     

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。     

基于MCU的无源Wi-Fi散射通信方法

与有源Wi-Fi相比,Wi-Fi散射通信具有功耗低、成本低的优势.但目前大多数研究都存在现场可编程门阵列（FPGA）功耗大和专用集成电路（IC）制作成本高的问题.为此该文提出一种基于微控制器（MCU）的无源Wi-Fi散射通信方法,用低主频MCU生成了纳秒级时序精度的Wi-Fi散射调制波形,并进行了低功耗设计和优化,开展了基于能量收集的MCU电源管理和无源系统设计,并首次展示了基于室内弱光能量收集的无源Wi-Fi原型样机.测试表明,通信瞬时功耗1.8mW,比有源器件降低了2~3个数量级.系统待机功耗2.5μW,有效通信距离15m,兼容现有的商用Wi-Fi设备,且成本低,无需电池.     

A low-power baseband receiver IC for frequency-hopped spreadspectrum communications

A baseband receiver IC which will be incorporated into a low-power frequency-hopped spread spectrum (FH/SS) transceiver for 902-928 MHz ISM band applications is presented. The chip performs noncoherent binary/quaternary frequency shift keying (FSK) demodulation, equal-gain diversity combining of dual antenna branches, and symbol and frequency synchronization. The chip also accommodates variable data rates from 2 to 160 kb/s, programmable hop rates, and tunable bandwidth Loop filters. The core area of the 1-μm CMOS chip is 3.9 mm×3.9 mm with a power consumption of 4.5 mW at 10 MHz from a 3-V supply. A baseband transceiver system utilizing this receiver chip for the prototype handset to demonstrate a point-to-point communication link is also described. Two XILINX FPGA chips were used to implement the remainder of the baseband transceiver functions, including frequency control logic for FSK modulation, acquisition control, data framing, symbol interleaving and deinterleaving, and interface control for data and voice     

保护区内地形对ILS下滑信标辐射场的影响

仪表着陆系统(instrument landing system,ILS)的下滑信标(glide slope,GS)辐射场由GS天线及其对称于地面的镜像天线辐射场形成,辐射场性能受GS天线附近场地影响很大。在GS保护区内,影响其辐射场性能的关键因素主要包括杂草高度、横向坡度以及地形凹凸高度,国内外相应标准对这些因素均给出了严格规定,但没有提供相应理论说明。基于阵列天线理论,在理想情况下建立M型GS辐射场及调制度差(difference in depth of modulation,DDM)的数学模型,然后分别建立在杂草、横向坡度和地形凹凸影响下这种信标的DDM计算模型,仿真分析了在这三个因素影响之下GS辐射场的性能,并与法国民航大学开发的专业软件LAGON的仿真结果进行比对。结果表明,建模仿真的结果与相应标准的规定,以及LAGON的仿真结果具有良好的吻合度,证明所给理论方法及所建算法模型的正确性。研究成果可为ILS相应标准的自主更新或制定,以及具有自主知识产权的ILS性能评估软件的开发提供相应理论支持。     

The near field of omnidirectional helical antennas

The close near field of helical antennas, radiators widely used in connection with two-way portable communication equipment, is investigated theoretically and experimentally. The investigation has been motivated by safety related considerations. A simplified mathematical model for the radiation from helical antennas with a large number of turns is derived. The near E-field intensity obtained from the theoretical model is compared to the values measured using an accurate E-field probe. The agreement between experimental and theoretical values is excellent. The results show that there is a substantial buildup of static-type electric energy in the close vicinity of helical antennas. The intensity of these electric fields in the vicinity of a helical radiator depends essentially on the Q factor of the antenna. For one experimental helix the far-field power density equivalent (|E|²/377) of the electric field at 1-cm distance from the radiator exceeds some proposed safety standards for less than 250-µW radiated power. These values are in complete agreement with the results of previous studies which showed that helical radiators are very ineffective in depositing electromagnetic energy into simulated muscle tissue located in the close vicinity of the antenna. If safety standards of independent or government agencies do not take into account the peculiar nature of the electromagnetic energy in the close vicinity of some radiating devices, it is conceivable that the power of portable two-way communication equipment might be forced down to useless levels.     

Human operator coupling effects on radiation characteristics of aportable communication dipole antenna

EM coupling effects of a human operator on antenna radiation characteristics, such as the antenna input impedance, radiation patterns, the radiation power (into free space), the power absorbed by the body, the radiation efficiency, etc., of a portable communication dipole antenna were investigated in detail. A realistically shaped 3D man model and an approximate linear dipole antenna were used to model this problem. Coupled integral equations (CIE) and the method of moments (MoM) were employed to numerically solve this antenna-body coupling problem. Numerical examples are presented for the antenna located in front of the head (distance ranging from 5 to 1 cm) or adjacent to the abdomen (0.6 cm distance) at 830 MHz. It is found that, when coupled with the operator body, the antenna input impedance will have significant deviation from those in free space and different positions. Due to the operator body absorption effect, the maximum attenuation of the H-plane antenna gain may reach about 15 dB for the antenna at the head position and 25 dB for the abdomen position, toward the direction of the body side. Also, the antenna radiation efficiency is reduced to the range from 0.72 to 0.29 for the head position and 0.15 for the abdomen position, respectively. Moreover, the cross-polarization field is significant, especially in the E plane of φ=90°. This is important for the antenna RF design and communication link budget consideration of portable radio systems