复合振子天线辐射特性的数值模拟

 讨论了由电单极子和磁振子组合而成的复合振子天线结构和工作原理，用时域有限差分方法模拟了天线的辐射特性，计算了天线从同轴线的馈电效率，对于单极脉冲和双极脉冲馈源，馈电效率分别为65%和81%。给出了天线的电压驻波比、辐射近场和远场、能量方向图等。模拟结果表明：在H面内辐射方向图是轴线对称的，其形状是心型；在E面内，方向图关于轴线不对称，辐射最大值方向向上偏离大约15°。这种天线具有宽带特性和较高的馈电效率，适合于超宽带电磁脉冲辐射的天线阵列的应用。     

分布式阻抗末端加载的TEM喇叭天线设计

基于功率容量和口径匹配扩展低频工作带宽两方面的考虑,设计了一种具有分布式阻抗末端加载结构的超宽带TEM喇叭天线。首先,对渐变式同轴-平板的巴伦结构进行了优化设计,扩展了馈电结构的工作带宽,提高了馈电效率;其次,对指数型TEM喇叭天线末端进行了分布式阻抗的匹配设计,其端口特性和辐射特性均得到了明显改善,并采用功率方向图和能量方向图对天线的辐射效果进行评估。实验结果表明,相对于指数型TEM喇叭天线,加载分布式阻抗匹配末端结构后,天线低频带宽展宽了330 MHz,天线主轴辐射电场峰峰值提高了10%,馈电效率提高了17%。     

菲涅尔区修正圆柱面天线的辐射特性

在圆柱面上进行一维菲涅尔区相位修正结构设计，可以构成一类新型的点源馈电透镜天线。本文利用矢量场绕射理论研究菲涅尔区修正圆柱面天线的辐射特性，并进一步分析馈源阵列作用下的辐射性能。文中天线远场方向图的计算结果与有关文献中的结果吻合。     

切比雪夫馈电网络开口谐振环天线阵列

提出了一种基于切比雪夫馈电网络的13×14开口谐振环天线阵列。该天线阵列由天线单元和切比雪夫馈电网络组成。根据八木天线原理,该天线阵列设计的辐射贴片作为天线单元的引向器,金属地面作为反射器;辐射贴片由开口谐振环结构以及I型谐振结构组成,增强天线单元的辐射能力并提高增益;天线单元的馈电端由圆弧单极子组成,提高调节天线单元阻抗匹配的灵活性;电流矩阵指导非均匀电流分布切比雪夫馈电网络的设计,减小天线阵列的旁瓣;天线单元竖直插入馈电网络的基板,减少带有馈电网络阵列的口径大小。通过实物加工后,测试结果表明,该天线阵列在工作频率点10.1 GHz处实现了22.3 dBi的增益,E面和H面旁瓣电平分别为-16 dB和-17.66 dB,具有高增益、低副瓣的特点。     

高功率线极化径向线阵列天线优化及实验研究

为了提高高功率线极化径向线阵列天线性能(口径效率及反射特性等),实现更优的径向线线极化阵列天线辐射,通过提高单元天线性能、调整阵列布局、改进馈电径向线和探针这3种途径对其进行了优化,并对其进行了理论分析、数值仿真和实验研究。实验结果表明:在中心频率1.57 GHz下,驻波比为1.19,增益为17.65 dBi,轴比为-39.2 dB;在1.47~1.77 GHz的频率范围内驻波比都小于1.4。     

介质加载天线阵的瞬态辐射特性

 提高天线增益和辐射效率是瞬态天线研究的重要内容之一。通过设定高斯脉冲激励波形,导出了瞬态辐射的能量阵列因子,分析了1维对称均匀天线阵列的瞬态辐射特性。结果表明:阵列的辐射波形与观察时间区间和角度有关,瞬态与稳态特性差异明显,时域辐射方向图与脉冲宽度有关,阵列可实现时域波束扫描。设计了介质加载天线阵,并采用3维电磁场分析软件进行了时域仿真计算,分析了介质加载对天线辐射特性的影响。研究表明:有介质加载的天线前向辐射电场峰值比没有介质加载的天线增加逾1倍,即瞬态辐射功率增大了3倍多,通过对计算和仿真结果的分析比较,验证了分析和设计方法的正确性和有效性。     

高功率双层径向线螺旋阵列天线实验研究

 介绍了高功率双层径向线螺旋阵列天线的模拟优化结果，对按照优化结构尺寸加工的阵列天线进行了实验研究。在实验中，设计了用于连接标准接口和天线输入口的阻抗变换器，对阵列天线辐射特性的测量采用了标准线极化天线比较法。实验结果表明：在3.8～4.2 GHz的频率范围内天线增益大于19.7 dB，口径效率大于42%，天线轴比小于4 dB，驻波系数小于1.6；实验结果与数值计算结果基本一致。     

L波段高功率线极化径向线阵列天线理论分析与数值模拟

 探索了L波段的高功率线极化径向线阵列天线。基于三角形栅格形式实现了径向线圆形平面阵列天线,分析并给出了径向线并联馈电网络,并以同轴馈电的水平单圆环线极化天线为基础,利用径向线并联馈电网络设计出了间距小于一个波长下L波段高功率线极化径向线阵列天线。研究结果表明：这种结构实现径向线阵列天线的线极化辐射是可行的,该天线在中心频率1.57 GHz下,增益为19.97 dBi,轴比为-52.06 dB,反射系数为0.105 2;在1.37～1.77 GHz的频率范围内增益大于18.64 dBi,轴向轴比值小于-46.45 dB。     

L波段小型化同轴扩张型天线设计

为了减小常规L波段高功率微波测量接收天线的结构尺寸及增益,设计了一种基于轴向缝隙馈电的小型化同轴扩张型天线。通过理论分析和数值模拟,选择了较优的结构尺寸,得到天线的增益及方向图特性:在1.3~1.6 GHz范围内,增益从-2.0 dBi变化至0.8 dBi;天线最大辐射方向在物理结构轴向。基于矢量网络分析仪E8362B的天线特性测量结果与数值计算结果基本一致:工作频率从1.3~1.6 GHz变化时,增益从-2.3 dBi变化至1.2 dBi;E面方向图主瓣宽度大于60,轴向轴比大于35 dB,结果表明设计的天线能够满足L波段高功率微波测量天线低增益小型化要求。     

3圈48单元高功率径向线螺旋阵列天线研究

从理论、模拟和实验等角度详细研究了高功率径向线螺旋阵列天线。从该阵列天线的设计思想出发,提出并设计了中心频率为4.0 GHz的3圈48单元高功率径向线螺旋阵列天线,特别提出了螺旋单元天线的L型电磁组合耦合馈电,并对阵列天线进行了模拟和实验两方面的验证。实验结果表明,在3.6~4.1GHz的范围内,天线驻波比小于1.4,增益大于22.9 dB,口径效率大于65%。     

光子晶体Vlasov天线辐射特性研究

 通过在Vlasov天线口径上加装金属面，再在金属面上环绕天线口径排布金属圆柱构成光子晶体，设计出一种新型的光子晶体Vlasov天线。数值仿真及实验结果均表明，光子晶体的带隙特性改善了天线的辐射特性，使得E面上的最大增益在工作频段内平均提高了2.43 dB。     

折射率渐变透镜的数值设计

传统折射率渐变透镜的设计要求初级馈源天线具有稳定的相位中心,这就限制了透镜的应用范围。为拓宽透镜的应用范围,提出了一种折射率渐变透镜的数值设计方法,通过对馈源天线的极化电场离散采样获得相位信息,并据此设计透镜,随后用金属短线结构的新型人工电磁材料来实现这种透镜。这种设计方法简单灵活,对馈源天线没有限制。以经典矩形贴片天线为例,比较了贴片天线和透镜天线的回波损耗和远场方向图,结果表明运用这种方法设计的透镜使贴片天线的增益提高了2 dB,口径效率从62%提高到了99%。     

随机相位微波功率的空间合成效率

 采用数值计算方法,将微波功率源输出信号的相位差视为等概率分布的随机事件,通过阵列天线平均增益定量计算了多微波源空间功率合成效率;分析了随机相位条件下,天线单元间耦合系数、极化方式和单元增益对合成效率的影响。计算结果表明：多微波源在随机相位条件下进行空间功率合成,阵列天线单元之间的相互耦合将造成合成效率严重下降;而天线类型、极化方式和天线单元增益对合成效率的影响较小。     

Study of Low Sidelobe Time Modulated Linear Antenna Arrays at Millimeter-Waves

In this paper, the time modulation technique for the design of low sidelobe antenna arrays is extended to millimeter-wave frequency band. Millimeter-wave rectangular waveguide is selected as the element radiators of linear antenna arrays, and the element radiation patterns are taken into account in the analysis and design of low sidelobe time modulated linear arrays. Two types of time modulation, namely, the time modulated variable aperture sizes (VAS) and unidirectional phase center motion (UPCM), are implemented in the design of low sidelobe millimeter waveguide linear arrays. It is observed that both the co-polarized and the cross-polarized components will experience the time modulation effect simultaneously. Many factors that affect the array performance are discussed.     

模式匹配与积分方程在HPM模拟中的应用

针对具有电大尺寸、厚介质罩且馈源采用特定模式激励的高功率微波(HMP)传输及辐射结构研究了一种新型的电磁建模技术。将模式匹配方法与积分方程方法进行混合,构建了电磁模型的方程组,采用多层快速多极子技术、预条件器等进行求解加速,最终形成了可对电大尺寸HPM传输、辐射系统进行高效全波电磁仿真的技术。以电大变张角喇叭馈源、功率合成天线、波束波导及波束波导天线作为实例,构建了几何及电磁模型,并进行了包括远区方向图、近区功率密度分布在内的数值模拟,对该技术的正确性和通用性进行了验证。结果表明,该技术边界拟合准确,内存消耗低,且对馈电模式能予以准确反映,适用于HPM传输发射的高效高精度模拟。     

一种基于共享孔径Fabry-Perot谐振腔结构的宽带高增益磁电偶极子微带天线

设计了一种工作于X波段的基于共享孔径Fabry-Perot(F-P)谐振腔结构的宽带高增益磁电偶极子微带天线,并设计了三种不同尺寸的双层频率选择表面(FSS)单元,通过共享孔径布阵组成了超材料覆层.利用三种FSS单元的相位补偿特性,有效拓展了覆层天线的增益带宽.实测和仿真结果均表明,加载超材料覆层后,磁电偶极子天线在7.8—12.3 GHz内S_(11)-10 d B,相对带宽达到44.7%,覆盖整个X波段.天线增益在7.9—12.1 GHz内均有明显的提高,最大提高了7 d B.相较于传统的F-P谐振腔结构覆层天线,设计的基于共享孔径的F-P谐振型超材料覆层天线能够明显拓展天线增益带宽,在新型宽带高增益天线设计方面具有广阔的应用前景.     

SIMULATION OF CARBON NANOTUBE THz ANTENNA ARRAYS

A novel THz antenna structure, made of carbon nanotube arrays is suggested. Using CST MICROWAVE STUDIO (CST MWS), the capabilities of carbon nanotube terahertz (THz) antenna arrays have been simulated. The dependence of gain, upon geometrical factors, e.g., nanotube diameter, nanotube length and the inter-tubes distance, is shown. The directivity patterns of antenna arrays and the surface current distribution of an antenna have been shown by simulation. These results could be used in the design of carbon nanotube THz antenna arrays.     

时间延迟对偶极子光导天线空间功率合成影响分析

对偶极子光导天线空间功率合成中时间延迟的影响进行了分析。利用太赫兹时域光谱技术分别获取了34, 500, 1000 m偶极子光导天线的太赫兹时域光谱。采用数值模拟方法分析时间延迟对空间功率合成的影响。结果发现:在满足空间功率合成时域相干度60%的条件下,两个34, 500, 1000 m偶极子光导天线阵列的相对最大时间延迟分别为350.7, 467.6, 450.9 fs;三个34, 500, 1000 m偶极子光导天线阵列的相对最大时间延迟分别为191.1, 250.5, 267.2 fs;四个34, 500, 1000 m偶极子光导天线阵列的相对最大时间延迟分别为167, 200.4, 217.1 fs。试验结果表明,空间功率合成数值模拟仿真能为偶极子光导天线阵列的物理实验提供重要依据。     

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.