PCB法制作分形天线及其多频性质研究

天线的频率属性与其外在形貌关系紧密,将具有几何上自相似的分形概念应用于天线的设计制作中可以得到多频段的小型天线.PCB(Printed circuit board)技术是一种常用于印刷电路板材的刻蚀技术,操作简便且实验条件容易实现.本文使用PCB技术自制采用分形技术的小型多频天线并验证了其多频性质.     

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.     

多频段十字分形频率选择表面

利用分形单元的自相似性将分形结构应用于频率选择表面(FSS)领域使单屏FSS具有多频谐振的特性,在各波段实现简易、多频带通滤波器的设计.以易加工的十字单元为例,经过递归、迭代产生二阶十字分形单元,给出描述单元几何分布的公式;应用周期矩量法结合Floquet定理及阻抗边界条件得到描述FSS表面电流分布的电场积分方程,对FSS传输特性规律进行数值分析,采用遗传算法对分形单元参数进行全局优化得到了在9.2 GHz和29.4 GHz谐振的单屏FSS设计;最后采用成熟的镀膜、光刻工艺制备十字分形FSS样件并在微波暗 关键词： 频率选择表面(FSS) 分形单元 多频段 周期矩量法(PMoM)     

基于科赫分形的新型超材料双频吸收器

本文提出了一种基于科赫(Koch)分形结构的新型超材料双频吸收器,其由二阶科赫分形阵列、介质层和金属背板三部分组成.通过利用分形结构的空间填充性,其单元尺寸在相同吸收频率下相对于具有正方形谐振结构的传统吸收器有近17.5%的尺寸缩减.与传统实现多频工作的组合法、层叠法不同,该型吸收器的双频特性来源于科赫分形曲线在电磁波激励下呈现出的两种不同的谐振模式.而且由于结构上具有旋转对称性,该型吸收器对入射波的极化方向不敏感,在横电波、横磁波大角度入射时仍能保持较高的吸收率.文中采用等效介质理论对该型吸收器进行了分析,测量结果与仿真结果取得了较好的一致性.     

基于高速移动通信的虚拟天线阵列理论研究

在高速移动通信中, 多普勒频移对通信性能产生严重的影响, 通常需要对接收信号的多普勒频移进行估计并进行补偿. 本文研究在对单个天线接收的高速移动通信信号进行频移估计和补偿的基础上产生多路无频偏的信号, 并虚拟为天线阵列的输出以提高系统的接收增益. 首先讨论了“均匀时间采样”和“均匀相位采样”的关系, 并根据两者之间的关系提出了补偿多普勒频移和虚拟天线阵列的算法, 即对采样信号进行插值、均匀相位抽取以后, 再进行均匀时间采样. 然后分析了算法对高速移动通信系统性能的改善作用, 并提出了算法的硬件实现结构. 通过数值仿真验证了算法的干扰抑制能力和误码性能, 结果表明本文提出的虚拟天线阵列算法能够改善飞机、高铁上的高速移动通信系统的性能.     

分形裂缝性页岩气藏多段压裂水平井瞬态压力特征

基于分形理论和连续性假设,考虑页岩气吸附解吸、基质-裂缝窜流等机制,建立分形裂缝性页岩气藏多段压裂水平井试井解释模型,并通过拉氏变换、点源函数及压降叠加原理等方法得到模型的解.绘制无因次压力随时间变化的双对数曲线,研究分形裂缝性页岩气藏多段压裂水平井的压力特征,分析分形指数、分形维数等参数对压力动态的影响.结果表明：分形裂缝性页岩气藏多段压裂水平井的压力动态可划分为7个流动阶段;分形指数越大或分形维数越小,晚期径向流直线段的斜率越大;其它参数对水平井的压力动态也有一定的影响.     

基于Julia分形的多涡卷忆阻混沌系统

忆阻器作为一种非线性电子元件,能用作混沌系统中的非线性项,从而提高系统的复杂度.分形与混沌是密切相连的,分别对两者的研究都已成熟,却鲜有将分形过程应用到混沌系统中,以产生丰富的混沌吸引子.为了探索将分形与混沌系统相结合的可能性,本文首先提出了一个新的忆阻混沌系统,并从对称性、耗散性、平衡点稳定性、功率谱、Lyapunov指数和分数维等方面探讨了系统的动力学特性;紧接着,把经典的Julia分形过程应用到该忆阻混沌系统中,产生了新的混沌吸引子,并将几种由Julia分形衍生的变形Julia分形过程应用于文中提出的忆阻混沌系统,获得了丰富的混沌吸引子;最后,讨论了分形过程中的复常数对系统的影响.从仿真结果可以看出,分形过程与混沌系统的结合能产生丰富的多涡卷混沌吸引子.这不仅为产生多涡卷混沌吸引子提供了一种新方法,还弥补了使用功能函数方法造成混沌系统不光滑的不足.     

分形蝶形天线的尖端效应研究

太赫兹天线是太赫兹探测器的关键组成部分,可以协助太赫兹探测器更加精确、更加快速地探测到太赫兹信号。主要针对所研发的分形蝶形天线尖端效应进行了深入的研究。设计了一款工作频率在0.1～2 THz之间的分形蝶形天线。该天线在0.6 THz频率下谐振,其回波损耗最小可达到-15.89 dB,最高增益为6.87 dB。所展示的谐振分形蝶形天线经过优化后,可在弓尖（尖端）产生高度增强的局域场。借助这种高度集中的能量耦合效果可以有效地提高太赫兹探测器的性能。     

频率选择表面天线罩研究现状与发展趋势

由于雷达天线系统自身工作的特点, 他必须保证自身雷达波的正常接收和发射, 常用的隐身措施无法简单地在雷达天线隐身中获得应用. 采用频率选择表面 (FSS) 技术与天线罩技术相结合形成FSS天线罩, 可以使天线罩获得频率选择的功能. 即FSS天线罩对雷达的工作频段提供带通的传输特性, 同时改变雷达工作频段以外的雷达散射截面 (RCS) 特性, 可以实现带外隐身. 本文分析了FSS天线罩制备的基本思路, 综述了国内外FSS天线罩在结构设计、制造工艺等方面的研究状况, 并从多频FSS天线罩、智能FSS天线罩、厚屏FSS天线罩、 微型化FSS天线罩以及各技术的组合等方面对FSS天线罩的发展进行了展望. 关键词： 频率选择表面(FSS) 多频FSS天线罩 智能FSS天线罩 厚屏FSS天线罩     

一种基于5—20 kHz交流激励的U形等离子体天线

以5—20 kHz交流电源作为等离子天线激励源, 建立了一款U形等离子体天线. 在详细阐述天线结构的同时并对其部分电特性进行了测量.结果发现, 在50—300 MHz频率范围内, 同工频交流与直流电源激励相比, 该天线的噪声电平非常低, 与相同构造的金属天线的噪声电平相接近.同时, 该等离子体天线具有很好的阻抗带宽特性, 且在较宽频带范围内也表现出了良好的增益特性.     

应用于WLAN/WiMAX的多频带印刷单极子天线

设计了一种应用于WLAN和WiMAX的多频带印刷单极子天线。该天线制作在以聚四氟乙烯为材料的基板上,天线正面部分具有三个条带结构,背面则添加了带有矩形槽的反射地结构以改进天线的阻抗匹配。利用三维电磁仿真软件（Ansoft HFSS13.0）进行仿真,并将该天线通过SMA连接器连接到矢网仪(Agilent Technologies N5230C 10 MHz~20 GHz) 进行测试。实际测试结果与仿真结果基本吻合,符合设计要求,验证了设计的正确性。     

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.     

星间激光通信终端光学天线的隔离度

为满足星间激光通信对高隔离水平光学天线的要求,实现对光学天线隔离度的仿真分析和优化,提出了一种将红外系统冷反射的特征控制量YNI值作为衡量光学元件表面后向反射能量强度,并控制光学天线优化以提高隔离度水平的方法。在Light Tools软件中为某激光通信终端的卡塞格林天线创建了实体模型,通过仿真分析得出了各元件表面的后向反射率。在ZEMAX软件中以增大各元件表面的YNI值为目标优化天线结构。对比优化前后的结果,系统的后向反射率从3.068 8×10~(-4)减小到1.075 5×10~(-5),隔离度从-35.13 d B减小到-49.68 d B。优化后的卡塞格林天线具备较高的隔离度水平,可用于星间激光通信。     

Sheath-wave-related resonances in the frequency response of acylindrical monopole in a plasma

Reference is made to a floating or negatively biased antenna immersed in a plasma that is surrounded by an ion sheath. Such an antenna-sheath-plasma system may support slow surface waves at driving frequencies below the electron plasma frequency. Resonances associated with these so-called sheath waves are observed at certain frequencies in the antenna's response to an applied sinusoidal signal. An experimental study of these resonances is presented for a short cylindrical monopole in a low-pressure isotropic argon plasma. The effect on the resonance frequencies of a DC bias applied to the antenna and of plasma density and antenna length was investigated. From the experimental data, the relationship between sheath thickness and antenna potential, and the frequency dependence of the antenna admittance could be derived     

Investigation of a patch antenna based on I-shaped left-handed material

The paper investigated a patch antenna based on I-shaped left-handed materials by using the method of finite difference time domain (FDTD). The results show that there exists a wave resonance state at 6.7 GHz, where the real part of the permittivity and permeability are all negative; the effect has largely enhanced the electromagnetic wave's resonance intensity, and has improved the localized extent of electromagnetic energy obviously in such medium, resulting in a higher antenna gain, a lower return loss, and a better improvement of the antenna's characteristics. Due to such advantages, the applications of patch antennas can be extended to such fields as mobile communication, satellite communication, aviation, etc.     

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。     

HLS注入段束流位置探头定标电场的拟合和误差计算

 描述了束流位置探测器(BPM)探头定标、定标电场的拟合和误差计算。该定标系统采用了具有调节精度为10μm垂直放置真空管道的天线模拟定标装置和分辨率高达1μm外差式、窄带频域信号处理电子学线路。并推导出针对合肥光源（HLS）定标系统条件下的电场拟合函数及相关的BPM-Mapping图和误差计算结果,较精确地计算出该高精度定标系统误差。     

二阶Y环频率选择表面的设计研究

利用分形结构的自相似性将分形理论应用于频率选择表面(FSS)领域即可使在单屏FSS上具有多频段带通滤波的特性,结合Floquet周期边界条件,采用矩量法研究了二阶Y环分形FSS在不同入射角度下迭代比例因子F及单元排布方式对频率响应特性的影响规律,给出谐振频率的经验估算值.计算及实验结果表明,FSS的谐振频率主要由迭代比例因子及起始单元尺寸决定,而透过率及-3 dB带宽则对排布方式的改变较敏感.实验结果与理论分析一致.     

A High Gain and Broadband C-Band Aperture-Coupled Patch Antenna

A aperture-coupled patch antenna is designed with parasitic elements connecting to the rectangle ring on the bottom of antenna substrate through metal vias, which lead the current induced by patch radiator to the top surface of antenna substrate. Therefore, the effective radiation is enhanced and higher gain is achieved. The bandwidth is broadened simultaneously due to the structure of aperture-coupled patch antenna with parasitic elements. Compared to the conventional aperture-coupled patch antenna, the antenna gain increases averagely 2 dB due to the novel structure. Compared to patch antenna of electromagnetic band-gap, the dimensions of novel patch antenna greatly decreases, which can be used as element in the array antenna. Two kinds manufactured antenna are both measured in an anechoic chamber. The good agreements between numerical simulation and experimental prototype have been obtained.     

Multiband rectenna for microwave applications

This paper reports a multiband rectenna (rectifier + antenna) suitable for the electromagnetic energy harvesting of the spill-over loss of microwave antennas placed on board of geostationary satellites. Such rectenna is used for powering autonomous wireless sensors for satellite health monitoring. The topology of the rectenna is presented. The experimental results demonstrate that the proposed compact rectenna can harvest efficiently the incident electromagnetic energy at three different frequencies that are close to the resonant frequencies of the cross-dipoles implemented in the antenna array.