用于胶囊内窥镜的宽频圆极化石墨烯天线设计

为了提高胶囊内窥镜天线的工作性能,提高天线抗干扰能力和兼容性,进一步缩小尺寸,设计了一种基于石墨烯的用于胶囊内窥镜的宽频圆极化天线。该天线由3层辐射单元和地板构成,利用石墨烯薄膜优良的导电性能,制作天线的各层辐射单元和地板以有效增强胶囊天线的工作带宽与增益,提高传输效率并降低损耗。通过4个短路探针使第1层与第2层辐射单元相连接,构成复合螺旋天线,进而产生圆极化特性,既能减少误码率又能抑制多径干扰,并且能够更加高效地耦合电磁能量,有效改善阻抗匹配并调节圆极化纯度。详细分析了第1层、第2层和第3层辐射单元开口圆环尺寸、石墨烯薄膜厚度、天线摄入环境(胃、小肠、结肠等)对天线性能的影响。测试结果表明,设计的体积仅为π×4.52×1.905 mm3,阻抗带宽为2.2～2.78 GHz,轴比带宽为2.26～2.66 GHz,增益为-22.9 dBi,实际测量与仿真结果吻合良好,工作频段内辐射特性稳定,与现有技术相比,本文设计天线外形兼容性强,功能带宽更宽,具有宽频带、圆极化、抗干扰、电磁兼容性好、体积小等特点。该天线适用于ISM 2.4 GHz频段,能满足胶囊内窥镜摄入不同消化器官的工作要求。     

L/S/C/X四频高隔离共口径微带天线设计

首次设计实现了一款能同时工作在L/S/C/X四个频段的高隔离共口径低剖面微带天线。整体结构通过依次按照频率从低至高的顺序自下而上将4个频段的微带天线堆叠而成,采用同轴探针穿过低频辐射贴片形成过孔给高频天线馈电,同时将低频天线作为其上层高频天线的地,以提高天线指标与性能。其中L/S/C波段的辐射贴片采用在矩形辐射贴片四周添加枝节的方式,更利于阻抗调节;X波段置于最顶层,通过对矩形贴片进行开槽处理,避免了对其它频段的辐射遮挡;通过采用中和线去耦合及正交馈电的方法,最终实现了4个频段内增益分别为6.85,7.48,6.13,6.62 dBi;各端口之间隔离均大于30 dB;天线尺寸为85 mm×85 mm×9.07 mm;通过实物加工,测试与仿真结果吻合良好,验证了设计的有效性和可靠性。     

基于缺陷接地结构的太赫兹双频微带天线

提出了一种工作在太赫兹频段的双频微带天线。在普通矩形微带天线的基础上,在辐射贴片上加载45°和135°的矩形贴片增大辐射面积,增大高频谐振点处阻抗带宽。通过引入缺陷接地结构使得天线在接地板处的电流路径改变,并与辐射贴片相互耦合,从而实现双频特性。为提高天线增益,在辐射贴片边缘加载若干寄生矩形贴片,并增加了寄生贴片处的基板厚度。该款天线可以同时在520 GHz(508~532 GHz)和680 GHz(581~766 GHz)的频段下工作,其中高频段的相对带宽达到了27.5%,最大增益达到了3.54 dB和4.11 dB。该双频天线结构相对简单,各项性能指标稳定,对于工作在太赫兹频段上的通信系统和无线传输系统具有一定的应用价值。     

具有三陷波特性的超宽带天线设计

设计了一款基于共面波导(CPW)馈电小型化具有三陷波特性的超宽带天线。该天线采用矩形贴片组合作为辐射单元,通过在辐射贴片上开倒U型、圆弧形和S形缝隙来实现陷波功能,有效地抑制了WiMAX（3.3~3.7 GHz）,WLAN（5.150~5.825 GHz）和X波段卫星通信系统下行频率段（7.25~7.75 GHz）对超宽带系统的干扰。结果显示:该天线在3.1~12.0 GHz内电压驻波比小于2,整个工作频段内具有稳定的增益和良好的辐射方向特性。     

共享孔径人工电磁媒质设计及其在高增益低雷达散射截面天线中的应用

提出了一种具有部分反射特性和吸波特性的共享孔径人工电磁媒质(shared aperture metamaterial, SA-MTM).该媒质由上层斜十字金属图案加载集总电阻的吸波表面、下层开条带缝隙金属面的部分反射表面以及中间介质层构成, 吸波表面和部分反射表面在垂直维度上共享了一个物理孔径使该媒质同时实现了吸波特性和部分反射特性.将SA-MTM与天线一体化设计, 利用SA-MTM的部分反射表面和天线表面构成的法布里-珀罗(Fabry-Perot, F-P)谐振腔提升天线的增益, 利用SA-MTM的吸波表面吸收入射电磁波实现低雷达散射截面(radar section cross, RCS)天线的设计.仿真和实验结果表明, SA-MTM 的加载使天线的前向增益在5.57–5.94 GHz 的工作带宽范围内都提升了3 dB以上, 且天线的后向RCS在2–9 GHz范围内都有明显的减缩.该研究成果克服了天线辐射性能和散射性能无法兼顾的矛盾, 对高增益低RCS天线的设计具有重要的指导意义.     

具有双陷波特性的超宽带天线设计

设计了一款基于共面波导馈电的小型化具有双陷波特性的超宽带天线,该天线的带宽在3～14 GHz内,电压驻波比(VSWR)小于2。在辐射贴片上通过开L型和半圆环缝隙实现了在3.3～3.7 GHz和5.150～5.825 GHz的双频段的陷波特性,抑制了802.16无线城域网和无线局域网对超宽带系统的干扰,在整个工作频段具有稳定的增益和良好的全向性。通过对天线模型进行加工制作并测量,测试结果表明:天线的带宽是3～14 GHz,在3.3～3.7 GHz和5.15～5.825 GHz频段内VSWR大于4,实现了天线的双陷波特性。该天线尺寸小、结构紧凑的特点,适合现代的无线通信系统。     

高功率宽频比C/X双频反射阵列天线设计

为了满足高功率微波系统对宽频比双频辐射天线的研究需求,提出了一种可工作在C/X双频段的高功率圆极化反射阵列天线。天线单元采用介质埋藏的贴片单元形式,贴片部分由外圈的椭圆环贴片嵌套内圈的椭圆贴片组成,分别实现低频（C波段）和高频（X波段）的辐射。这种嵌套式的单元形式使得天线可以实现较宽的频比,同时由于单元采用无突变结构且单元被埋藏在介质中避免了三相点的出现,从而具有较高的功率容量。高低频段的两种贴片都采用绕轴旋转的方式来调节反射相位,可以在反射损耗较小的基础上满足360°的反射相位调节。基于以上双频辐射单元设计了一个口径尺寸为400 mm×400 mm的20×20矩形栅格排布反射阵列天线,设计结果表明天线在4.3 GHz下的增益为22.2 dBi,口径效率为40.2%,常压空气中的功率容量为10.4 MW;在10.4 GHz下的增益为29.9 dBi,口径效率为40.5%,常压空气中的功率容量为12.2 MW。该天线高低工作频率的频比达到2.4,且具有高效率和高功率容量的特点。     

24 GHz宽波束阵列天线的设计

利用Rogers 5880为介质材料设计了一款应用于车载防撞雷达前端的圆极化微带阵列天线,该阵列天线采用直线阵结构,运用了多个四分之一波长阻抗变换器实现了阻抗匹配。仿真和测试结果表明: 该阵列天线的阻抗带宽(S₁₁ < -10 dB)为23.45~25.65 GHz,最大增益为15.54 dB;轴比带宽24.56~25 GHz,轴比最小为1.25 dB;第一副瓣电平小于-20 dB,E面半功率波瓣宽度为10°,H面波瓣宽度为75°,其尺寸为70.94 mm×14.72 mm×0.508 mm。该天线具有高增益、低副瓣、体积小、性能稳定等优点,在汽车防撞雷达系统中有广阔的应用前景。     

一种性能稳定的新型频率选择表面及其微带天线应用

设计了一种基于分形树结构的高性能频率选择表面(frequency selective surface,FSS),并将其作为微带天线的空间滤波器,同时改善天线的辐射与散射性能.该FSS单元是由两层金属及其中间介质组成,上、下层金属采用金属柱连结,整体构成树枝状分形结构.通过优化参数,得到了一种宽带、极化无关、宽入射角、小型化的超薄FSS,厚度只有约0.017λ.将该FSS应用于微带天线后,天线的相对带宽拓展到40%,工作频段内的增益得到改善,9.6 GHz时,天线的增益提高了6.7 dB,同时,天线工作频带内的雷达散射截面(radar cross section,RCS)也得到了明显减缩,最大减缩为12.7 dB.实验结果与仿真结果符合得较好,证实了该空间滤波器具有提高宽带天线增益、增强天线定向性、改善天线带宽与降低天线带内RCS的效果,可以应用于宽带天线带内辐射与散射性能的同时改善.     

具有高隔离度的双陷波超宽带多入多出天线

提出了一款具有高隔离度的双陷波超宽带多入多出(UWB MIMO)天线。该天线由两个相同的半切超宽带天线单元倒置构成。通过在天线底板刻蚀栅栏型缺陷地解耦结构,使该MIMO天线的隔离度提高至25 dB。此外,在天线半圆形辐射贴片上刻蚀两个方向相反的"L"型缝隙,实现了双陷波的功能,分别抑制了802.16无线城域网WiMAX(3.2~3.7 GHz)和WLAN(5.15~5.85 GHz)信号对天线系统的干扰。实验结果表明,该天线在3~11 GHz工作带宽内的隔离度大于25 dB,包络相关系数(ECC)小于0.004;第一个陷波频段为3.0~3.7 GHz,第二个陷波频段为5.1~5.85 GHz,有效抑制了WiMAX和WLAN的信号干扰。     

Metamaterial-embedded dual wideband microstrip antenna for 2.4 GHz WLAN and 8.2 GHz ITU band applications

ABSTRACT

A compact dual-band antenna designed for operating in IEEE 802.11b/g WLAN (2.4–2.484?GHz) and ITU frequency bands (8.01–8.5?GHz) is presented in this communication. The antenna has two distinct resonant modes generated with the help of three U-shaped transmission lines and a modified ground plane. A periodic repeating pattern of metamaterial unit cells integrated on the same plane of the substrate has enhanced the antenna performances using improved loading method. The measured bandwidth of the metamaterial-embedded antenna is increased by 16% in the lower operating band and 6% in the upper operating band. The compact proposed antenna provides wide measured bandwidths of about 40% (2–3?GHz) in the lower and 16% (8.19–9.63?GHz) in the upper frequency spectra. The maximum measured gain of the proposed antenna is increased around 3.63?dB at 2.36?GHz and 1?dB at 8.45?GHz. The proposed antenna radiator is about 89.6% compact with respect to a conventional antenna. An excellent agreement of the simulation with the benchmark results validates the design of the proposed structure.     

Coplanar waveguide-fed compact planar ultra-wideband antenna with inverted L-shaped and extended U-shaped ground for portable communication devices

To simultaneously cover multiple wireless services and protocols, the antenna in communication devices should operate over a wide and ultra-wide frequency band. The use of wide/ultra-wideband antennas not only lessens the number of antennas necessary to cover multiple frequency bands but also decreases the system complexity, size, and costs. To operate over the ultra-wide frequency band, in this paper a CPW-fed small antenna is reported for portable communication devices. The anticipated antenna comprises a bow-tie-shaped patch and two ground planes. One inverted L-shaped and one extended U-shaped ground plane are asymmetrically placed with the main radiator which helps the antenna prototype to realize a functional band of 3.05 – 11.25 GHz (VSWR ≤ 2). In the functional band, the studied antenna accomplished a maximum peak gain of 4.98 dBi and maximum efficiency of 94.4%. Moreover, it exhibits symmetric omnidirectional radiation patterns and good time-domain behavior. The lucrative characteristics such as simple design, very small size (24.5 × 20 mm²), ultra-wide operating band, good gain and efficiency, stable radiation characteristics, and good time-domain characteristics make it a potential candidate to be used in portable communication devices.     

钻孔雷达全向天线的设计与分析

根据钻孔雷达全向天线的设计要求,为减少天线的结构尺寸增加带宽,设计了一种新型电阻加载全向天线。通过理论分析和数值优化,选择了较优的结构尺寸,得到了较佳方向图和带宽。天线外径为65 mm,使用10 mm厚天线罩封装后外径为85 mm;天线的S11小于-10 dB频带为70~260 MHz,带宽约190 MHz。该天线的带宽超过100 MHz,中心频率处增益大于-3 dB,辐射电场脉冲波形拖尾小于主峰幅度1/5,方向图在H面为全向。基于矢量网络分析仪的天线特性测量结果与数值计算结果基本一致,结果表明设计的天线能够满足钻孔测井雷达系统小尺寸宽带的要求。     

A new double L-shaped multiband patch antenna on a polymer resin material substrate

The design and prototyping of a new double L-shaped patch antenna on substrate of available low cost polymer resin composite material is presented. The designed microstrip line fed compact antenna consists of a planar double L-shaped slotted radiating patch, 1.6 mm thick substrate and ground plane. The proposed small antenna was designed and analyzed using a finite-element method-based, commercially available, high frequency structure simulator, and fabricated on a printed circuit board. The measured ?10 dB return loss bandwidths were 220 MHz and 650 MHz at 4.85 GHz and 8.10 GHz center frequencies. The corresponding symmetric and almost steady radiation patterns have peak gains of 7.6 dBi and 4.1 dBi, making the proposed antenna suitable for C and × band wireless applications, especially for WLANs, mobiles and satellites. The radiation efficiency, input impedance and current distribution of the proposed antenna were also analyzed.     

宽带Ka波段平面反射阵列天线设计

平面反射阵列天线的发展受到了带宽与功率容量两方面限制。为此,本文首先基于多谐振技术提出了一种新型平面反射阵列单元结构,相比于传统单元,所提出单元结构具有功率容量高、剖面低且相移曲线线性度好的特点。其次利用所提出单元,通过优化阵面特性在Ka波段设计了包含20×20个单元的平面反射阵列天线。最后利用电磁仿真软件进行模拟计算,结果显示在中心频点35 GHz处,天线峰值增益为27.58 dBi,口径效率为52.33%,副瓣小于?16.08 dB,并且在30.41～39.64 GHz频率范围内（相对带宽26.37%）天线增益跌落小于3 dB,并且所设计平面反射阵列天线最大功率容量可以达到 13.99 MW,功率密度为218.54 W/mm2。     

基于宽带吸波体的微带天线雷达散射截面缩减设计

利用加载集总电阻的方式设计出一种极化稳定且宽入射角的宽带超材料吸波体(wide-band metamaterial absorber, WBMA), 在平面波垂直入射时, 其吸波半波功率带宽达12.7 GHz, 吸波率大于90%的带宽达10.42 GHz, 峰值吸波率达99.9%. 将其与微带天线共基板共接地板的方式加载, 制备出WBMA微带天线, 实现了天线宽频域内雷达散射截面(radar cross section, RCS)大幅缩减. 仿真与实测结果表明: 将WBMA加载于微带天线后, 天线的前向增益提高了0.53 dB, 整体辐射特性基本保持不变; 在不同极化波下, 天线的工作频带带内和带外等宽频域(6.95-17.91 GHz)内的单站RCS缩减大于3 dB以上, 最大缩减值达21.2 dB; 在天线的中心频点8 GHz处± 48°的宽角域内, 双站RCS缩减效果明显, 很好地实现了天线的宽频域大角度的隐身设计.     

TEM喇叭天线低频辐射分析与天线设计

在超宽带TEM喇叭天线的设计中, 如何改善天线的低频性能是目前研究的关键问题。通过分析天线的阻抗渐变特性与时域辐射特性, 设计了一种新型TEM喇叭天线, 解决了天线末端反射的问题, 提高了天线低频性能。与传统的TEM喇叭天线相比, 新型TEM喇叭天线在全频段减小了方向图后瓣, 提高了低频时天线辐射主轴增益, 拓展了低频带宽。验证实验表明, 该天线带宽为160 MHz~2.5GHz, 180 MHz主轴增益2.3dB, 全频段方向图后瓣小于-2dB, 尺寸为48.5cm×38.1cm×35cm, 同时兼顾了天线的小型化与低频带宽。