2.4/4.8/7.2 GHz三频段谐波雷达天线的研究与设计

研究设计了一种应用于手持式谐波雷达的三频段单极子天线。天线采用共面波导馈电,通过在单极子天线主辐射体加载L型辐射枝节、在接近主辐射体的接地平面开三角形切口的方法,使其谐振于2.4 GHz,4.8 GHz和7.2 GHz三个频段。同时,在距离天线10 mm处加载金属挡板,使天线辐射方向性增强,并能接收多个方向反射的电磁波。所实现的天线尺寸为54 mm×53 mm×1.6 mm,在三个工作频段上的带宽分别为0.51 GHz(2.35～2.86),1.39 GHz(4.17～5.56),1.46 GHz(6.17～7.63),能够有效覆盖谐波雷达全部的工作频段;由天线的峰值增益和辐射方向图可知,天线在工作频段内增益性能和整体辐射性能良好。     

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。     

一种高增益低雷达散射截面的新型圆极化微带天线设计

设计了一种基于人工电磁材料覆层的高增益低雷达散射截面(radar cross section, RCS)圆极化微带天线. 人工电磁材料覆层是由介质板及其两侧的人工周期表面构成, 上表面是加载集总电阻的方环贴片, 具有宽带吸波特性; 下表面是开条带缝和圆环缝的金属贴片, 具有部分反射特性. 将其加载到圆极化微带天线上方, 通过覆层上表面的电阻可吸收入射的雷达波, 结合下表面与接地板构成Fabry-Perot谐振腔的多次反射, 可实现圆极化微带天线辐射和散射性能的同时改善. 实测结果表明: 加载人工电磁材料覆层后, 天线的相对轴比带宽由5.9%扩展为7.1%; 天线增益在整个工作频带内都得到了提升, 最大提高了6.61 dB; 天线RCS在宽频带宽角域内实现了明显的减缩, 在天线工作频带内也实现了3 dB以上减缩. 实测结果与仿真结果符合较好.     

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。     

X波段高功率宽频带双螺旋反射阵列天线的设计

为了提升高功率微波辐射天线的带宽,提出并设计了一种X波段高功率圆极化反射阵列天线,该天线采用喇叭天线作为馈源,阵列天线单元由可旋转金属双螺旋线构成,通过旋转螺旋线可以实现360°的相位补偿,同时反射损耗极小。设计了15×15矩形栅格螺旋反射阵列天线,全波仿真结果表明:该口径为315 mm的阵列天线在中心频点9.3 GHz下,增益为28 dB,轴比为0.53 dB,口径效率为52.6%;在8.5~10.9 GHz的频带范围内增益大于26.8 dB,轴比小于1.14 dB,1 dB增益带宽和40%以上口径效率带宽均大于21%;在真空中所能承受的最大功率约为207 MW。     

高增益宽带圆极化Vivaldi天线阵的设计

提出了一种由新型Vivaldi天线单元构成的22十字交叉圆极化天线阵。Vivaldi天线单元采用边缘渐变对拓的锯齿结构,提高了天线在4.7～7.0 GHz频带内的增益,其反射系数低于-10 dB的带宽为2.4～11.0 GHz,具有超宽带线极化特性。圆极化天线阵测量结果显示,在4.5～7.0 GHz频带范围内,其轴比均低于3 dB,且整个频带范围内增益达11～13 dBi。     

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。     

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。     

基于单层线-圆极化转换聚焦超表面的宽带高增益圆极化天线设计

基于线-圆极化转换原理和聚焦超表面相关理论,设计了一种反射型宽带线-圆极化转换聚焦超表面,并结合线极化馈源设计了宽带的高增益圆极化天线.首先,提出了一种单层的变形十字超表面单元,单元具有极化独立特性,并且能够在10—14 GHz宽频带范围实现对反射波相位360?范围全调控,同时利用该单元构建的一维超单元很好地验证了奇异反射现象.然后,分别控制单元横向和纵向尺寸的分布构建出同时满足线-圆极化转换和聚焦条件的双功能超表面.最后,采用Vivaldi天线作为馈源对超表面进行照射组成天线系统,仿真及测试结果均表明天线系统同时实现了高增益和线-圆极化转换,系统的-1 d B带宽为24%,-3 d B轴比带宽为29.8%.本文的设计充分体现了超表面对电磁波相位和极化操控的灵活性,具有显著的应用前景.     

基于单层反射超表面的宽带圆极化高增益天线设计

基于Pancharatnam-Berry相位原理, 设计了一种宽带圆极化反射聚焦超表面并将其应用到提高天线增益中. 首先提出了一种变形十字超表面单元, 在11-16 GHz频带范围内能够实现高效同极化转换, 并基于该单元构建了宽带反射聚焦超表面. 仿真结果表明, 垂直入射的右旋圆极化平面波宽带聚焦效果明显. 然后利用单向阿基米德螺旋天线对超表面进行照射, 其辐射的球面波经超表面反射后得到了近平面波, 有效地提高了天线的增益. 最终对所设计的天线系统进行加工并测试, 结果表明系统的-1 dB增益带宽达到25% (12.5-16 GHz), 在该频带范围内峰值增益均高于19 dBc且轴比小于3 dB. 此外, 在12-15.5 GHz范围内天线口径效率均超过50%.     

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.     

宽带W波段Flaps天线仿真与设计

设计了一种结合了"十"字和圆环的新型宽带W波段Flaps(Flat Parabolic Surface antenna)天线单元。相比于传统的单层Flaps天线单元,新型单元能获得更宽的相位范围且相移精度更高,能有效拓展天线的带宽。利用这种单元设计了94 GHz的单层Flaps天线,仿真结果显示了较好的带宽性能和方向性,中心频率处增益18.2 dBi,在10.6%的带宽内增益下降小于1 dB,实现了较好的宽带性能,为单层W波段Flaps天线的设计提供了一种新途径。     

一种复合型极化转换表面及其在天线辐射散射调控中的应用

透射型极化转换表面因其具有易于与天线共形的巨大应用优势,受到国内外学者的广泛关注.本文将极化栅结构与各向异性贴片结构相结合,设计并验证了一种复合型透射极化转换单元,将该极化转换单元组成透射超表面,可以同时实现极化选择和透射型线-圆极化变换两种功能.当电磁波极化方向垂直于极化栅延伸方向入射到复合型极化转换表面时,该极化转换表面可以在9.3—10.9 GHz实现透射型线-右旋圆极化转换,当电磁波极化方向平行于极化栅延伸方向入射时,可以实现同极化全反射.将该极化转换单元及其镜像单元棋盘排布后组成棋盘排布表面,以电磁表面覆层的形式应用于带宽为9.4—10.7 GHz的线极化源微带天线,利用圆极化的相反旋向对消特性,组成一款新颖的线极化天线.相比于源微带天线,在9.5—10.5 GHz该天线的线极化纯度得到提高,同时实现了天线的前向增益提高和带内雷达散射截面减缩,最大减缩量达39.2 dB.实验验证和仿真结果吻合较好,该设计在高增益、低散射天线设计和天线辐散射性能综合调控中具有重要的参考价值.     

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.     

新型无线局域网双频段微带贴片天线设计北大核心CSCD

新型无线局域网双频段微带贴片天线采用50Ω微带线进行馈电,采用在贴片切槽设计方式,实现了微带天线在双频段工作的要求。其中心工作频率分别为2.44 GHz和5.20 GHz,相应的工作带宽分别达到了200 MHz和1.20 GHz。该天线具有小尺寸、结构简单、制作简单,低成本和在各工作频点处具有良好的方向性等优点,而且只需简单修改辐射贴片上的缝隙尺寸参数,就可以实现对天线高频段和低频段的调节。     

新型无线局域网双频段微带贴片天线设计

 新型无线局域网双频段微带贴片天线采用50 Ω微带线进行馈电,采用在贴片切槽设计方式,实现了微带天线在双频段工作的要求。其中心工作频率分别为2.44 GHz和5.20 GHz,相应的工作带宽分别达到了200 MHz和1.20 GHz。该天线具有小尺寸、结构简单、制作简单,低成本和在各工作频点处具有良好的方向性等优点,而且只需简单修改辐射贴片上的缝隙尺寸参数,就可以实现对天线高频段和低频段的调节。     

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。     

超薄宽带平面聚焦超表面及其在高增益天线中的应用

针对相位梯度超表面在灵活操控电磁波与提高天线增益中的潜在应用,提出一种新型的宽带超表面单元,实现了在较宽频带范围内操控电磁波波前与提高天线增益.本文首先设计了一种圆环十字形对称单元来控制反射波的相移量,单元厚度为1 mm,尺寸为0.3λ_0(λ_0=20 mm),工作频段15—18 GHz,而后验证了由该单元组成的相位梯度超表面在15—18 GHz范围内对电磁波的奇异反射与聚焦特性.最后将设计的反射聚焦超表面应用于提高天线增益中,仿真与测试结果均表明,天线最高增益在15—18 GHz内平均增加了11 d B且-1 dB增益带宽为15—18 GHz(相对带宽为18.2%).由于厚度薄、重量轻、频带宽,设计的该单元拓展了相位梯度超表面在微波领域的应用,有望为高增益天线的实现提供新的方法.     

圆极化高温超导微带天线阵

一个用于直接广播卫星(DBS)系统的圆极化和单一馈电网络的四单元高温超导微带天线阵,被设计和制造在一个0.5毫米厚的氧化镁衬底上,中心频率是12.2GHz。为了比较,一个天线是采用金膜制造的,另一个是采用超导薄膜钇钡铜氧(YBCO)制造的。为了提高圆极化阵的轴比特性,运用连续旋转的技术。效率、方向性、回波损耗和带宽分别在室温和液氮温度下被测试。采用超导薄膜钇钡铜氧(YBCO)制造的阵表现很好的圆极化特性,并且在温度为77K下时的增益比室温时的金膜天线阵大1.64dB。在谐振频率12.24GHz时回馈损耗为-30.6dB并且总的有效带宽大约为3.52%。这个结果显示当高温超导体用于微带天线阵时,能提高天线阵的效率。     

电-磁振子组合型宽带高功率微波辐射天线仿真与设计北大核心CSCD

为了满足宽带高功率微波辐射系统紧凑化的需求,设计了一个口径面尺寸为20cm×20cm 的电 磁振子组合型天线,采用三维全波电磁场仿真,得到该天线在0.3～1.7GHz 带宽内的驻波比小于3,且在此带宽内天线增益均大于2.仿真分析了该天线结构的尺寸、电流环长度以及天线开口角度对电 磁振子组合型天线阻抗带宽和增益的影响.在此基础上,给天线馈入峰值为226kV 的宽带信号,仿真得到天线的最大辐射因子为150kV,等效峰值功率为358.8 MW,辐射效率约70.6%.仿真结果表明：组合振子天线能够满足宽带高功率微波的辐射要求,同时满足辐射系统紧凑化和高辐射效率的要求.