宽带介质覆层Fabry-Perot 谐振腔天线设计

结合传输线理论和史密斯圆图分析,文中提出了一种利用全介质部分反射覆层构造宽带Fabry鄄Perot 谐振腔天线的方法。所设计的覆层结构在工作频带内拥有正斜率的反射相频特性,可满足谐振腔天线的宽带谐振条件。运用该方法设计了工作于Ku 频段的宽带Fabry鄄Perot 谐振腔天线,通过仿真计算和样件加工测试验证了该方法的正确性和有效性。     

高增益高效率的Fabry-Perot谐振腔天线研究

提出了一种采用非均匀频率选择表面（frequency selective surface, FSS）盖板以及非均匀电磁带隙（electromagnetic band gap, EBG）结构反射地板的高增益Fabry-Perot（F-P）谐振腔天线. 基于漏波理论模型,针对大口径F-P谐振腔天线设计非均匀的FSS盖板和EBG反射地板,控制衰减常数α和相位常数β,改善了口径场上幅度相位分布的均匀性,并抑制了非谐振频率时天线辐射性能的恶化,实现高增益和高口径效率的同时,保证了天线的工作带宽. 所提出的圆形F-P谐振腔天线直径为6.6λ₀,仿真增益为24.6 dBi,口径效率达67.9%,阻抗带宽为4.1%,3 dB增益带宽为3.7%;实测增益为23.9 dBi,口径效率达56.9%. 由于对口径场均匀性的设计,该天线克服了传统F-P谐振腔天线的口径效率和增益间的相互限制.     

宽带高增益UHF天线

本文介绍的宽带高增益UHF天线是作者根据实际工程需要而研制的。实验证明该天线能工作在450MHz～1000MHz的频带,天线增益大干19.5dB,前后比大于25dB,特内电压驻波比优于2.5。文章在详尽的论述UHF频段各种天线的性能之后,着重介绍了作者自行设计的腔体套筒偶极子馈源的构成与性能。最后还给出了馈源和天线的性能测试曲线。     

高增益宽带有源天线

本文给出的是一种高增益、低噪声、频宽为100kHz-40MHz的有源天线,它不存在频率干扰(见图)。因为该天线是未调谐的,所以,既可以是手控转动的室内天线,也可以是安装在室外天线杆上电动的天线。另外,由于天线工作在75(?)负载,所以可以连接到带任意长度RG59U电缆的接收机上。     

一种宽带低剖面高增益低副瓣定向平板天线北大核心CSCD

研究设计了一款低剖面、宽带、高增益、低副瓣的定向平板天线。为了实现低剖面,采用了宽带微带天线单元、馈电网络等设计,定向天线整体采用印制板;为了实现低副瓣,采用阵列天线与馈电网络的一体化设计,用多层印制板加工技术实现天线单元间不等幅度的馈电精度,尽可能减少人工装配步骤,以降低装配误差。文中对设计的低副瓣定向天线进行了加工测试。测试结果表明,所研制天线的阻抗带宽为26.1%。在阻抗带宽范围内,可以实现最大增益大于23.6 dBi、E面和H面的副瓣电平分别小于-27.4 dB和-28.3 dB、前后比小于-42.2 dB。     

Ku波段宽带高增益基片集成腔圆极化阵列天线北大核心CSCD

提出了一款应用于Ku波段的宽带高增益基片集成腔(Substrate Integrated Cavity,SIC)圆极化阵列天线。通过引入沿SIC口径面对角线放置的一对半月形寄生贴片和SIC底部馈电纵缝,使SIC中的TM_(211)和TM_(121)谐振模式幅值相等、相位相差90°,产生高增益圆极化辐射。同时,双寄生贴片还引入了一种背腔缝隙耦合振子圆极化辐射模式,扩宽了天线高增益圆极化辐射带宽。在此基础上,设计了一款2×2单元顺序旋转馈电的SIC圆极化阵列天线。阵列天线采用双层基片集成波导顺序相移馈电网络进行馈电,进一步增大了天线的圆极化带宽。综合考虑天线的-10 dB反射系数带宽、3 dB轴比带宽和3 dB增益带宽,测试结果表明,圆极化阵列天线的有效带宽为10.74-13.30 GHz(21.3%),在通带范围内最大增益为14.50 dBi。     

宽带高增益圆极化微带-喇叭组合天线

研究了一种具有良好工作性能的微带-喇叭组合右旋圆极化天线,首先设计了一种双层宽带圆极化微带天线结构,同时满足电压驻波比(VSWR)≤2,轴比(AR)≤4 dB的频带宽度(Bw)≥24%,主极化增益大于9 dBi;通过引入角锥喇叭结构,在工作频带内将天线增益提高到12 dBi以上,同时不影响原天线的其他性能。为更好了解微带-喇叭组合右旋圆极化天线的性能,并快速而准确地设计该天线结构,对天线主要几何参数进行了适当分析和研究。     

使用非均匀特异媒质覆层的高增益谐振腔天线

采用非均匀特异媒质覆层,设计了一种具有高增益特性的新型谐振腔天线。该谐振腔天线采用矩形微带贴片天线作为辐射单元,安装在金属谐振腔内,其谐振频率为10 GHz。为提高天线增益,将腔表面安装蚀刻在微带基板上,由周期性单元组成特异媒质覆层。迥异于常规的单元尺寸均匀一致特异媒质覆层,本文研制的非均匀特异媒质覆层包含9×9个矩形单元,单元大小渐变。仿真表明,与常规均匀特异媒质覆层相比,该新颖的非均匀特异媒质覆层相当大程度提升了天线定向辐射性能：天线增益提高1.2 dB(从20.3 dBi增加到21.5 dBi),天线的旁瓣得到了抑制,主旁瓣比下降5 dB;同时,天线谐振频率和阻抗带宽等其他性能基本保持不变。     

基于超材料的宽带高增益低雷达散射截面天线

利用超材料概念,通过在天线贴片和接地面上分别蚀刻周期互补三角形电磁谐振单元(CTER)和条形缝隙图案,在低介电常数薄介质基板上设计并且制作了一种宽带高增益低雷达散射界面(RCS)贴片天线。仿真分析表明:由于超材料结构的左手特性影响了天线介质基底的等效媒质参数,天线电磁场的传播方向被改变,天线辐射场主要集中在水平方向而不是传统贴片天线的垂直方向。相比初始天线,新天线相对带宽从2.9%扩展到64.5%,并且有低的电压驻波比;在工作带宽内,天线鼻锥方向低雷达散射界面都有5dB以上的减缩,最大减缩22dB.实验结果与仿真结果有较好的一致性。     

双频低剖面Fabry-Perot天线的研究与设计北大核心CSCD

本文提出了一种基于超表面(MTS)的Fabry-Perot天线,实现了双频高增益情况下的低剖面特性。研究Fabry-Perot天线的谐振器模型,通过射线追踪法获得FP天线谐振时的相位条件。所研究的天线由两部分组成,双频微带天线作为馈源,提供2.4GHz和5.4GHz的辐射。MTS作为部分反射表面(PRS)调节反射幅度和相位,当PRS满足对应的谐振条件时,可以在2.4GHz提供11.8dB的峰值增益和0.068λ的剖面高度,在5.4GHz提供14dB的峰值增益和0.153λ的剖面高度。     

采用介质PBG盖板Fabry-Perot谐振器的宽频带高增益印刷天线

研究了采用介质盖板组成的Fabry-Perot (F-P)谐振器结构的宽频带高增益平面印刷天线.比较了不同结构参数对天线性能的影响,并在此基础上通过引入二维光子带隙(PBG)结构,提出了两种既能提高增益、又能减小背向辐射的新型结构.通过软件仿真计算和实验,都验证了这两种结构的天线具有较好的实际应用性能.     

宽带高增益圆极化天线

设计了一种宽带高增益圆极化天线。天线采用双同轴线激励以及威尔金森功分器和90°相位比较器的馈电网络形式实现了天线的宽带圆极化特性。该馈电网络形式能在较宽的频带范围内保持稳定的幅度和相位。通过在蝶形天线外围引入方形环,增加了天线的有效辐射面积,从而显著提高了天线的增益。测试结果显示,该圆极化天线VSWR<1.5的阻抗带宽达到63.6%,3 dB轴比带宽达到66.7%,且在1.1~1.6 GHz频段范围内,右旋圆极化增益＞9.4 dB。     

一种用于5G MIMO 系统的宽带高增益圆极化天线

为提升5G无线通信系统容量,设计了一款基于V 形缝隙耦合馈电的宽带高增益圆极化天线。该天线采用双层辐射贴片结构,拓展天线的阻抗带宽,并分别在辐射贴片和寄生贴片上刻蚀一对半径不等、位置正交的双圆形缝隙,有效改善了天线的圆极化特性。通过加载平板反射器提高天线的前后比,实现良好的定向辐射。实测结果表明,驻波比小于2的阻抗带宽为53.55% (2.27~3.93 GHz),在半功率波束宽度范围内轴比小于3 dB,轴比带宽为27.38%(2.9~3.82 GHz),在工作频带内实测的天线平均增益达到8.22 dBi。该天线适合作为5G多天线系统中的智能天线单元进行自适应波束赋形。     

一种新型的宽带全向高增益天线

通过对现有的同轴连续枝节天线设计方法的研究，提出了一种新的设计方法。用新方法设计出的同轴CTS天线，不仅保持了原有设计的优点，而且使得设计更加简单易行，同样采用4个CTS单元，新方法设计出来的天线比原有的设计提高了2．2dB的增益。     

基于多层介质覆盖层的高增益Fabry-Perot天线设计

提出一种由不同厚度和不同面积的多层介质板叠加制作多层介质覆盖层,代替传统单层介质覆盖层,提高Fabry-Perot(F–P)谐振腔天线增益和口径效率的设计方法。以工作频点5.8 GHz的F–P谐振腔天线设计为例,采用微带贴片天线作为馈源,由多层厚度分别为1 mm,1 mm和1.5 mm,直径分别为160 mm,130 mm和120 mm,相对介电常数为16的聚四氟乙烯介质板叠加制作该天线覆盖层。天线样品的测试结果与设计仿真结果吻合良好。与传统单层介质覆盖层相比,该多层介质覆盖层将工作频率5.8 GHz处天线增益由18.2 dBi提高到19.1 dBi,相应口径效率由70.02%增加到86.14%,天线|S11|<-10 dB阻抗带宽和3 dB增益带宽略有提高,分别达到8.19%和11.90%。     

基于磁电偶极子的宽带高增益天线设计

基站天线的设计趋于覆盖多模态频段的宽带模式发展。传统的宽带天线在实现覆盖大带宽的基础上,其增益却在工作带宽内平坦度变化较大。磁电偶极子天线在覆盖大带宽的同时可保证实现稳定的增益。本文设计了一款应用于3G/4G/5G的多模态宽带的双极化磁电偶极子天线,带宽为1.8-5GHz,其相对带宽大于94.1%。天线增益在工作带宽内均值大于9dBi,峰值增益为10.5dBi,增益平坦度变化较为平缓,且天线结构简单。     

宽带高增益直角反射器天线

该文设计了一种基于直角反射器的宽带高增益天线。天线结构包括八元印刷偶极子阵、一分八并联馈电网络、直角反射器。平行双线形式馈电网络实现各偶极子单元平衡馈电的同时具有阻抗变换作用,从而保证了辐射单元具有良好的幅相特性。馈电网络和辐射单元均印刷在介电常数为2.65的介质基板上,使得天线结构简单、成本低、易加工。将印刷有辐射单元和馈电网络的介质板放置于直角反射器内提高天线的增益。测试结果显示,该天线电压驻波比(VSWR)≤2的相对阻抗带宽达到21.4%（7.00~8.68 GHz）,在对应的阻抗带宽内,天线增益达到17 dBi。     

宽带平面聚焦超表面及高增益天线应用

针对现有的聚焦超表面存在介质层数多、带宽窄的问题,提出了一种基于双层介质的宽带聚焦超表面,该超表面包含两层正交的金属栅格和一层金属箭头贴片,以此实现极化旋转功能,可在较宽的频带内提高天线增益。在9～12 GHz的频带范围内,使用一个F形微带贴片天线作为馈源,验证了提出的平面透镜的宽带波束聚焦能力。仿真结果表明,当加入聚焦超表面后,天线增益在11 GHz处达到最大值18.4 dB,在工作带宽内馈源天线的增益提高了8.95～11.04 dB。由于结构简单、频带宽,设计的聚焦超表面在控制电磁波和设计高增益天线方面有很大的应用潜力。