基于无人船平台的超宽带UHF盘锥天线设计

本文设计了一款适用于无人船平台的超宽带UHF盘锥天线.该天线改变了传统盘锥天线的馈电位置,将同轴馈线从盘顶引出,馈线内芯延伸至锥体内部.利用计算机仿真软件HFSS进行仿真计算,仿真结果表明:在285MHz至950 MHz频带内,回波损耗S_(11)均小于-15dB;在300 MHz至390 MHz频带内,回波损耗S11均小于-20dB,在340MHz处,S_(11)达到最小的-54.3dB,天线最大增益为2.56dB;在825MHz至875MHz频带内,S_(11)均小于-20dB,在850 MHz处,S_(11)达到最小的-21.5dB,天线最大增益为3.79dB;在上述两个频带内,天线的辐射方向基本为水平全向,满足无人船平台在水上救援等应急通信保障中对天线辐射方向的要求.     

加绕变升角宽频带椭圆螺旋天线

 椭圆螺旋天线的结构比传统的圆柱螺旋天线更加适合于卫星通信的终端,然而由于其圆极化特性变差而限制了其广泛应用。把改善轴向模螺旋天线辐射特性的两种方法结合起来应用于椭圆螺旋天线,提出了带有附加螺旋线的变升角轴向模椭圆螺旋天线。以一个5圈、短轴长轴之比为0.65的椭圆螺旋天线为例,用FEKO软件对其辐射特性进行了仿真。结果表明,这种方法提高了椭圆螺旋天线的方向性系数,同时具有较好的圆极化特性。在2.2~4.2 GHz频率范围内,最高增益为12.86 dB,比单绕均匀升角的椭圆螺旋天线提高了1.2 dB。     

宽带高功率贴片天线阵列辐射特性

 为提高宽带高功率微波辐射天线的总体功率容量和增益,研究了2×2宽带高功率贴片天线阵列的阵元互耦特性、馈电功分器设计及对宽带电磁脉冲的辐射特性。阵元采用宽带高功率双层贴片天线,分析了阵元反射和互耦系数随阵元间距的变化关系,结合增益变化曲线,选取阵元间距为30 cm。优化设计了1分4的同轴功分器,采用阻抗渐变方法,提高了功分器的带宽,使其在224~415 MHz时的反射系数小于0.1。模拟了带功分器的完整天线阵,结果表明天线阵带宽达到了57.4％,280~390 MHz频带范围内的增益大于12 dB,在360 MHz时达到最大增益14.23 dB,对中心频率320 MHz,带宽10％的宽带电磁脉冲辐射效率为868％,峰值功率增益大于11 dB。     

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。     

一种兼有高增益和宽带低散射特征的波导缝隙天线设计

设计了一种同时具备高增益和宽带低散射特征的波导缝隙天线.将蚀刻有互补开口谐振环的方形贴片人工磁导体正交布阵得到宽带低雷达截面积(RCS)反射屏并以之代替原天线的全金属反射板,通过优化反射屏的加载方式,在展宽天线工作频带、提高天线增益的同时,实现了宽频域范围内天线鼻锥方向RCS减缩.实测结果表明:加载低RCS反射屏的缝隙天线工作带宽增加了100 MHz,前向增益提高了3.2 dB,在5.52—6.63GHz范围内RCS减缩量达10 dB以上,减缩带宽达到20%.     

L波段高功率波导缝隙阵设计与数值模拟

设计了一种基于宽边纵缝驻波阵的高功率射频微波辐射系统,系统由四路矩形波导以及聚四氟乙烯天线窗组成。天线内采用真空绝缘实现天线高功率容量,天线窗真空侧采用周期刻三角槽技术抑制高功率微波介质表面击穿。在波导缝隙阵与天线窗之间设计支撑板,除支撑天线窗外还可抑制表面波电流。采用HFSS数值模拟软件对辐射系统进行了优化设计。数值模拟结果表明,设计的辐射系统在频率为1.575 GHz时,增益为22.7 dBi,天线口径效率为98.3%,反射系数为-25 dB,带宽达到5%,带宽内天线增益波动小于等于0.4 dB、天线口径效率大于等于98%、主瓣指向偏差小于等于1.2。系统功率容量达到1.92 GW。     

三角形栅格矩形径向线螺旋阵列天线的设计与实验研究

 介绍了三角形栅格矩形径向线螺旋阵列天线的工作原理,设计并数值模拟了中心频率为4.0 GHz的三角形栅格矩形径向线螺旋阵列天线,并对此阵列天线进行了实验研究。实验结果表明：阵列天线在中心频率4.0 GHz 下,增益为15.3 dB,轴向轴比值1.58,驻波比为1.3,口径效率为86%;在3.8～4.2 GHz的频率范围内可实现圆极化定向辐射,增益大于14.9 dB,轴比值小于1.7,驻波比小于1.6。     

高功率超宽带减小型锥削螺旋天线

随着超宽带（UWB）技术应用的发展，螺旋天线以其园极化辐射成为关注的焦点。高功率超宽带螺旋天线的设计难点是：对于较宽频带的超宽带脉冲信号，能否保证所设计的螺旋天线在较宽的频带内保持良好的方向性和园极化特性，且同时满足高功率容量，为此通过理论分析和数值模拟设计出减小型锥销螺旋天线，对其进行了相应的实验研究。     

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。     

高功率双频宽谱平面倒F天线设计分析

设计了一种双频带的高功率宽谱平面倒F天线。在矩形贴片上开L形槽实现天线双频辐射。采用圆锥过渡实现同轴馈线到平板之间的宽带阻抗匹配;通过折叠振子电容加载和合理增加天线高度和宽度实现天线宽带设计。经过优化设计,实现了274 MHz和680 MHz的双频输出,反射系数S11不超过-6dB的低频带宽和高频带宽分别达到14.6%和20.1%。天线的低频和高频增益分别达到4.4dB和4.6dB,对应辐射效率分别达到98%和99%。主辐射方向上的低频和高频远场辐射场与距离乘积与馈入宽带脉冲幅度比值分别为1.07和1.14。对天线的高功率容量进行了设计,将天线置于充0.2 MPa压力SF6气体的增强尼龙箱体中,天线可承受200 MW宽谱高功率微波。     

Analysis of graphene based optically transparent patch antenna for terahertz communications

With and without multi walled carbon nanotube (MWCNT) loaded graphene based optically transparent patch antennas are designed to resonate at 6 THz. Their radiation characteristics are analyzed in 5.66–6.43 THz band. The optically transparent graphene is deployed as the patch and ground plane of the antennas, which are separated by a 2.5 μm thick flexible polyimide substrate. By shorting the microstrip line and ground plane of the antenna with a MWCNT via, the return loss of the antenna is improved. The peak gain of 3.3dB at 6.2 THz and a gain greater than 3dB in 5.66–6.43 THz band is obtained for antenna loaded without MWCNT. Both the antennas achieved a −10dB impedance bandwidth of 12.83%. Gain, directivity and radiation efficiency of the proposed antennas are compared with conventional transparent patch antennas and graphene based non-transparent antennas. The antenna structures are simulated by using finite element method based electromagnetic simulator-Ansys HFSS.     

宽带高增益双层硅基MEMS微带天线阵列

针对传统微带天线带宽窄和增益低等问题,设计了一种易与射频（RF）前端集成的硅基微带天线。该天线设计结合MEMS工艺,将高阻硅和低阻硅通过键合工艺形成双层硅基底,来改善微带天线介质基板的等效介电常数,有效增大了天线的带宽。同时通过在地面引入缺陷地结构（DGS）,有效的抑制谐波的产生。在此基础上设计了中心频率为10 Hz,22天线辐射阵列。仿真结果表明,天线相对阻抗带宽达到15.9%,增益超过10.9 dB,比传统微带天线有明显提升,同时满足引信中天线抗干扰的要求。     

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.     

Active Frequency-Tune Beam-Scanning Leaky-Wave Antenna Arrays

X-band active beam-scanning leaky-wave antenna arrays, including 1 × 1,1 × 2 and 1 × 4 prototypes, have been demonstrated. These antennas integrated one or several microstrip leaky-wave antenna elements with a single varactor-tuned HEMT VCO as an active source. Measured results on experimental antennas indicate that the beam scanning angle of the 1 × 1 antenna close to 40° can be achieved and the scanning range of 1 × 2 and 1 × 4 antenna arrays are both close to 32°. Furthermore, reflected wave due to the open end of each leaky-wave antenna element has been suppressed by the symmetric configuration of this antenna array and the antenna efficiency increases. When comparing with the measured radiation pattern of the single element antenna, we found that the 1 × 2 and 1 × 4 antenna arrays can effectively suppress the reflected power by more than 5.5 dB and 10.5 dB, respectively, at 10.2GHz. The power gain are more than 2 dB and 3.16 dB higher than the single element antenna with a measured EIRP of 18.67 dBm.     

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%。     

适用于隧道环境的二元相控阵天线系统

为了满足在隧道环境中实现高速率、高质量无线通信的迫切需求,研究了适用于隧道环境的高增益天线,提出了利用二元相控阵天线系统提高隧道内信号传输质量的新方法。相控阵天线系统由两个高增益天线单元及一个移相器组成,通过移相器调整其中一个天线单元的相位,使隧道内合成电场的最小值幅值达到最大,提升信号的平均场强。仿真结果表明:与单个天线发射信号相比,在3000 m隧道轴向传播范围内,相控阵天线系统发射信号合成电场的最低电平最少提升了19.6 dB;与两个天线同时发射信号相比,最低电平最少提升了12.4 dB,取得较好分集优化效果,消除多径效应导致的深度衰落,解决了隧道环境中存在的通信问题。     

16单元矩形径向线螺旋阵列天线的理论分析和数值模拟

 提出了一种16单元矩形径向线螺旋阵列天线。介绍了该矩形阵列天线的提出背景以及工作原理,分析了两种电磁组合探针的耦合特性,设计并数值模拟了中心频率为4.0 GHz的16单元矩形径向线螺旋阵列天线。模拟结果表明：该口径为180 mm×180 mm 的天线在中心频率4.0 GHz 下,增益为18.24 dB,轴向轴比值1.065;在3.8～4.2 GHz的频率范围内增益大于17.89 dB,轴向轴比值小于1.2,反射系数小于0.15,口径效率大于85％。     

Compound Fresnel Zone Lens Conformal to Truncated Cone: Antenna Application

A millimeter wave antenna consisting of two Fresnel zone plate lenses, plane and conical, is examined numerically by use of the vector diffraction theory. The lenses are of Wood-Wiltse (double-dielectric) or Soret (half-open) type, and are designed for the frequency of 117 GHz. The lenses are made conformal to a truncated circular cone with a base diameter of 500 mm and a plateau diameter of 250 mm. Designs for two opening semi-angles, 45° and 75° each of them with a particular lens thickness are presented. For the angle of 90° the cone lens becomes a plane ring lens, which in combination with the plateau zone lens forms a plane lens of size equal to the cone base diameter. Illuminated by directive feeds set at a focal distance of 525 mm from the cone apex, the double-dielectric and half-open compound and plane lenses, form three pairs of Fresnel zone lens antennas, the co-polar and cross-polar radiation characteristics of which have been compared numerically. The double-dielectric lens antennas examined are about 5 dB superior in gain to the half-open lens antennas, which has a gain of approximately 45 dBi. Because all lenses are of equal transverse aperture, the corresponding lens antennas exhibit the same −3 dB beamwidth of about 0.33 degrees. The plane zone lens antenna is very thin and simple. Instead, the antenna comprising a 3-D compound Fresnel zone lens is thicker but can be made conformal to a specific surface shape and possesses more levels of design and optimization freedom.     

超宽带TEM喇叭天线优化设计与实验

针对用于成像雷达系统的超宽带TEM喇叭天线进行了优化设计,兼顾辐射性能、馈入反射和小尺寸条件,采用平滑渐变结构和加载技术代替原设计,增加了低频电流的回流通道,从而改善了天线的低频特性,增强了其定向辐射能力。在理论分析的基础上对其进行了仿真,并按照仿真结果实际制作了一副天线,对天线进行了测试。仿真与实测结果表明:在电压驻波系数小于2时,该天线具有11∶1的阻抗带宽,较强的辐射能力和良好的定性辐射特性,能够满足雷达系统的需求。