基于特征模分析的超表面天线小型化设计

将超表面结构作为天线的辐射单元,可以降低天线剖面,拓展其带宽,并改善其辐射性能。特征模分析的方法可以用来揭示超表面天线的小型化机理并提供设计思路。基于此方法,设计了3个小型化的超表面天线,并进行了仿真验证。3个超表面天线的辐射单元尺寸分别减小到0.53λ₀×0.51λ₀,0.50λ₀×0.49λ₀和0.35λ₀×0.29λ₀,与4×4方形贴片单元构成的超表面天线相比,尺寸均缩减了20%以上,实现了超表面天线的小型化。     

一种频率选择性高零点可控的宽带滤波贴片天线

文中提出一种频率选择性高、增益稳定、小型化的宽带滤波贴片天线。通过在贴片天线的地板加载U型槽,TM₀₁模式在带内激发,同时,一个辐射零点在高频通带附近产生。为了引入额外的谐振点和辐射零点以增加带宽和实现较高的频率选择性,一对直槽蚀刻在贴片上。最后,为了进一步增强带外抑制水平,U型微带线被加载到贴片天线上。该天线在18.5%(1.91～2.31 GHz)的相对带宽内实现了稳定的增益(6.4±0.6)dBi,实现了频率选择性高的特点,并且带外抑制水平高于14.5 dB。除了带内的宽带特性和带外的高频率选择性,该天线的尺寸为0.54λ₀×0.54λ₀×0.04λ₀。     

基于多模谐振的低剖面宽带贴片天线

为了增加贴片天线的工作带宽和改善其辐射特性,提出了一种基于多模谐振的低剖面贴片天线。通过在矩形贴片的非辐射边加载短路壁降低H面的高交叉极化,在贴片下方加载短路销钉提高TM_1/2,0模式的谐振频率（f_1/2,0）;然后在TM_3/2,0模式的零电流位置处切割一个矩形缝隙来激发辐射缝隙模式（TM_RS）,得到低剖面、宽频带和低交叉极化的三模谐振贴片天线;最后通过增加贴片宽度和调整天线结构,降低TM_1/2,2模式的频率（f _1/2,2）,实现了四模谐振。仿真和实测结果表明该四模谐振贴片天线在0.03λ₀的厚度下可将带宽增加到21.7% (2.67～3.32 GHz).     

容性加载的宽带紧凑型圆极化超表面天线

针对当前超表面圆极化天线研究中存在的尺寸大、带宽与小尺寸无法兼顾等问题,提出了一种宽带紧凑型圆极化超表面天线。该天线采用跨层容性加载技术,通过在方形超表面结构上方加载跨层寄生贴片来引入跨层电容,从而降低谐振频点,实现超表面结构的小型化。同时,这种跨层容性加载超表面结构也具有极化相关特性,将其与45°斜耦合馈电缝隙结合,能够在小尺寸下实现具有宽带特性的圆极化超表面天线。测试结果表明,该天线在辐射口径为0.4 λ₀×0.4 λ₀的情况下,-10 dB阻抗带宽为39.56%(5.82～8.69 GHz);3 dB轴比带宽可达26.98%(6.54～8.58 GHz)。该天线具有圆极化辐射性能良好、宽带、小型化和低剖面等优点,为现代宽带无线通信系统天线的实现提供了一种技术选择。     

基于渐变折射率超表面的宽带高增益端射天线

提出了一种基于渐变折射率调制超表面的紧凑、宽带化、高定向性端射天线。该天线采用阶梯微带线-槽线结构作为馈线、准八木天线作为馈源、所设计渐变折射率超表面作为寄生结构,既可实现天线带宽拓展,又具有增益提升效果。仿真结果表明,天线可以在紧凑化尺寸情况下(尺寸为0.644λ₀×0.729λ₀×0.017λ₀,λ₀为中心频点所对应的自由空间波长),实现3.66～9.13 GHz频带内的良好阻抗匹配,相对带宽为85.5%,同时,在宽频带范围内,天线的增益浮动在4.78～8.81 dBi,且具有良好稳定的辐射特性。所提出的紧凑、宽带高定向性端射天线可以应用于空间受限的走廊、隧道等平台环境中。     

新型小尺寸双陷波超宽带天线设计

提出了一种基于槽天线的小型化、高隔离度的超宽带(Ultra Wideband, UWB)多入多出(Multiple-Input Multiple-Output, MIMO)天线.该MIMO天线由两个槽天线单元构成, 为了增加天线阻抗带宽, 每个槽天线单元由末端带有圆形贴片的微带线和末端为圆形的槽线两部分耦合馈电.采用在地板上开槽和方向图分集方法, 减少地板表面波和空中电磁波影响, 达到提高天线隔离度的目的.数值仿真和实验结果表明:该天线在3.1~11 GHz频段内满足端口反射系数|S₁₁| < -10 dB, 隔离度|S₁₂|在7~11 GHz频段内小于-25 dB, 在3.1~7 GHz频段内小于-16 dB, 并根据仿真和测试S参数计算了包络相关系数.     

一种小型化超宽带MIMO天线设计

提出了一种基于槽天线的小型化、高隔离度的超宽带(Ultra Wideband, UWB)多入多出(Multiple-Input Multiple-Output, MIMO)天线.该MIMO天线由两个槽天线单元构成, 为了增加天线阻抗带宽, 每个槽天线单元由末端带有圆形贴片的微带线和末端为圆形的槽线两部分耦合馈电.采用在地板上开槽和方向图分集方法, 减少地板表面波和空中电磁波影响, 达到提高天线隔离度的目的.数值仿真和实验结果表明:该天线在3.1~11 GHz频段内满足端口反射系数|S₁₁| < -10 dB, 隔离度|S₁₂|在7~11 GHz频段内小于-25 dB, 在3.1~7 GHz频段内小于-16 dB, 并根据仿真和测试S参数计算了包络相关系数.     

宽带高增益圆极化微带天线与阵列

设计了一副宽带高增益圆极化微带天线,并进行组阵分析。天线中心频率2.6 GHz,通过增加寄生贴片和空气层来提高天线单元的增益和带宽。上下两层介质板上边长不同的切角方形贴片分别激励一个低频与高频的圆极化模,有效地拓宽了轴比带宽。仿真结果表明,反射系数|S11|<-10 dB带宽21.8%,3 dB轴比带宽12.0%,中心频率点增益9.0 dBi。对天线单元进行加工测试,与仿真结果较为吻合。设计了2×4元阵列,并进行了仿真,增益提升至17.5 dBi,3 dB轴比带宽10.4%。     

一种低剖面可重构全向圆极化天线的设计

本文提出了一种低剖面极化可重构全向圆极化天线。该天线由一个1×4偶极子阵列天线和一个单极子天线组成,通过设计可重构馈电网络来激励这两部分子天线,可产生左右旋可切换的全向圆极化波。设计的馈电网络主要由一单刀双掷开关电路和一紧凑二阶3 dB耦合器组成,从而可输出幅度相等、相位差可在±90°间切换的两路信号。将馈电网络的两输出端口分别与水平极化的偶极子阵列天线和垂直极化的单极子天线相连,便可使天线在左旋圆极化(LHCP)和右旋圆极化(RHCP)两种辐射状态之间切换。设计的天线总体截面积为59.9×59.9×πmm²,天线厚度为0.058λ₀。测试结果表明,该天线在左右旋圆极化状态下的阻抗带宽(|S₁₁|<-10 dB)分别为21.5%(2.24～2.78 GHz)和19.4%(2.32～2.81 GHz)。全向左右旋圆极化状态的重叠轴比带宽(AR<3 dB)约为7%(2.44～2.62 GHz)。天线的最高增益为-0.9 dB,水平面增益波动小于1.3 dB。     

基于混合结构的多模圆极化智能天线

设计了一种适用于5G微基站的基于混合结构的智能天线，该混合天线由一个四端口的左旋圆极化全向共形天线和两个单端口的左旋圆极化全向天线构成，共有六个馈电端口，整体尺寸为π×0.395²×1.65λ₀³(λ₀为中心频率处的自由空间波长)。利用最大功率传输效率法(MMPTE)对六个端口添加不同幅值和相位的激励可实现全向圆极化模式和定向圆极化模式的转换。测试结果表明，该混合天线工作在全向模式时，最大实际增益和效率分别为6.4 dBic和92%，不圆度小于0.8 dB；工作在定向模式时，可实现水平面360°圆极化扫描，最大定向实际增益为8.2 dBic，轴比小于3 dB。     

一种具有加减信道的低旁瓣微带天线阵

本文设计了一种新颖的具有加减信道的低旁瓣微带天线阵.在研究低旁瓣角馈方形微带贴片天线的基础上,设计了一个3dB定向耦合器作为馈电部分,从不同的输入端口输入信号,分别实现方向图加减的功能.这种天线能够同时获得其视野内所有障碍物的范围和角度信息,不需要使用扫描天线或转换天线.使用ANSOFT公司的Serenade和Ensemble两种软件进行了设计、仿真和优化.实验结果与仿真基本一致,可见,这种天线完全可以满足设计要求.     

A broadband helical saline water liquid antenna for wearable systems

A broadband helical liquid antenna made of saline water is proposed. A transparent hollow support is employed to fabricate the antenna. The rotation structure is fabricated with a thin flexible tube. The saline water with a concentration of 3.5% can be injected into or be extracted out from the tube to change the quantity of the solution. Thus, the tunability of the radiation pattern could be realised by applying the fluidity of the liquid. The radiation feature of the liquid antenna is compared with that of a metal one, and fairly good agreement has been achieved. Furthermore, three statements of the radiation performance corresponding to the ratio of the diameter to the wavelength of the helical saline water antenna have been proposed. It has been found that the resonance frequency increases when the length of the feeding probe or the radius of the vertical part of the liquid decreases. The fractional bandwidth can reach over 20% with a total height of 185 mm at 1.80 GHz. The measured results indicate reasonable approximation to the simulated. The characteristics of the liquid antenna make it a good candidate for various wireless applications, especially the wearable systems.     

智能天线的新军——自组构天线

自组构天线凭借其能够根据所处的电磁环境来改变自身的电形状这一特性, 已成为当今智能天线研究领域的一大热点.文中介绍了自组构天线的概念模型, 详细分析了三种常用的自组构天线的工作原理, 对未来自组构天线的应用和发展方向进行了具体的讨论.     

面向车载鲨鱼鳍的宽频MIMO天线设计

为了解决车载通信天线工作频带窄、尺寸大等缺点,文中提出了一款应用于车载鲨鱼鳍外壳的新型小型化、宽带MIMO天线。为了实现天线的宽带特性,充分利用了印制单极子天线易于引入多谐振的特点,首先通过合理的尺寸设计,将单极子天线谐振频率设计至工作频段中;然后,使用缝隙加载技术,增加天线谐振模式数量并改善天线阻抗匹配特性,拓宽了天线带宽并实现了天线的小型化。为了验证天线实际性能,将天线安装于鲨鱼鳍外壳中进行了测试。结果表明,该天线可以覆盖824～5 000 MHz的频段范围,驻波比均小于3,增益最低1.9 d Bi、最高6.2 d B,效率均高于49.5%、最高达89.2%。该天线可满足车载通信系统对天线的宽带化和小型化要求。     

一种共面波导馈电的缝隙型超宽带天线

针对超宽带通信系统,提出一种小型超宽带天线,可以应用于终端设备。天线类型为共面波导馈电的缝隙型,缝隙结构为一矩形与一圆形组合而成,馈电结构与缝隙结构相似。天线的面积为22 mm×27 mm,印刷在厚度为0. 5 mm的FR4衬底上. 通过软件仿真分析了天线的工作原理以及尺寸对带宽的影响,仿真结果显示天线的带宽在不同的衬底厚度下均能覆盖UWB频段。天线的测试带宽为2.4 GHz~14.4 GHz,在超宽带的工作频段内测试效率超过76% ,测试增益大于2.1 dBi。     

双频宽带双极化定向电磁偶极子天线设计

设计了一款双频带宽带双极化定向电磁偶极子天线。首先,采用最基本的电磁偶极子天线模型,通过对偶极子天线的形状进行调整以及增加Г形寄生枝节实现了双频段单极化定向电磁偶极子天线。其次,将两个单极化电磁偶极子天线十字交叉放置。最后,通过两个高度不同的Г形探针分别对两个天线进行耦合馈电,实现双频宽带双极化定向辐射特性。根据仿真结果,对天线模型进行了加工和测试。仿真和实测结果表明：天线在低频段0.8~0.96 GHz和高频段1.7~2.7 GHz内反射系数的模值均小于-10 dB,所对应端口隔离度分别大于20 dB和25 dB,天线的测试峰值增益在低频和高频段分别为5.5 dBi和8.2 dBi。该天线可应用在无线通讯系统中。     

一种小型宽带双极化5G基站天线

设计了一种适用于2G/3G/4G/5G移动通信的小型宽带±45°双极化基站天线。该天线由2对偶极子辐射片、2条微带馈线和1块反射板组成,辐射臂和微带馈线采用双面印刷工艺印刷在0.8 mm厚的FR4板,并固定放置于开有圆形槽的反射板上。对天线实物进行加工测试,测试结果表明,端口1工作频段为1.82～3.60 GHz,端口2工作频段为1.64～3.41 GHz;工作频段内,反射系数小于-10 dB,端口隔离度优于18 dB;交叉极化比在视轴方向大于17 dB,±60°方向大于15 dB;半功率波束65°左右,前后比优于18 dB,测试和仿真结果较吻合。所设计天线带宽宽,尺寸小,且制作工艺简单,成本低廉,适合批量生产,应用于5G移动通信基站中。     

机载共形的双环微带缝隙全向天线

机载全向天线不但要满足水平面全向的指标要求,而且要与机体表面共形设计,常规的单极子天线和微带天线均无法满足要求。提出一种双环微带缝隙天线,可以实现机载共形的全向天线。分析了系统对机载天线的要求、双环微带缝隙天线的展宽带宽的方法,并给出了该天线的设计参数和实测结果,实测结果与仿真结果一致,验证了设计方法的正确性。     

小型双频E形缝隙手机天线

提出了一种小型的双频E形缝隙手机天线。E形缝隙采用终端开路结构,并雕刻在地板的顶部,使天线的结构更紧凑,减小了天线的尺寸。同时,E形缝隙天线增加了天线的谐振路径,能产生双频宽频带特性,高低频带宽能覆盖GSM900/1800/1900/DCS/PCS/BuleTooth/UMTS/WLAN2400/WiMAX 2600通信频段。实测和仿真的结果基本吻合,验证了这种设计方法的有效性。     

小型宽带低地面影响的平面手机天线设计

利用在单极子天线中开缝产生两条谐振路径,本文设计出一个地板表面分布电流小,性能稳定,频率高达2600 MHz时仍具有与对称阵子相似的辐射方向图,宽带宽(高低频带宽分别为877～960MHz,1680～3189Mz),结构紧凑(宽为39mm,长为13mm),地板尺寸小的平面手机天线.该天线结构简单,制作容易,适合应用在小...