高功率单层径向线螺旋阵列天线的设计与模拟

 在研究磁探针耦合特性的基础上，设计了中心频率为4.0 GHz的3圈36单元高功率单层径向线螺旋阵列天线，各圈距中心位置分别为45，90，135 mm，单元个数分别为6，12，18。该天线采用磁探针代替电探针给短螺旋单元天线馈电，通过同轴-径向线模式转换器实现径向线TEM外行波激励，采用调整磁探针的探入深度和绕轴旋转短螺旋单元天线的方法改变单元的激励幅度与激励相位。数值模拟结果表明：该口径为324 mm的天线在中心频率上可获得21.58 dB的增益，口径效率可达78.2％，轴向轴比值为1.73；在3.8～4.2 GHz的频率范围内增益大于20.85 dB，口径效率大于73.2％，轴向轴比值小于2.0，反射系数小于0.27，辐射效率大于93%。     

一种高功率微波金属片波导移相器设计与特性分析

设计了一种高功率微波矩形波导移相器,在矩形波导中平行于电场放置金属片,沿波导宽边移动金属片,实现波导内的可变相移。通过优化设计波导和金属片的结构尺寸可实现0~360°相移,通过优化设计金属片过渡匹配结构可实现较低的插损。设计波导内为全金属结构,不存在介质材料,采用真空绝缘可以承受较高的功率传输。设计了中心频率为9.4GHz的金属片波导移相器,移相器最大插损小于0.2dB,功率容量设计达到64 MW。实验测试,移相器最大插损小于0.5dB,相频曲线呈线性关系。     

一种高功率微波金属片波导移相器设计与特性分析

设计了一种高功率微波矩形波导移相器,在矩形波导中平行于电场放置金属片,沿波导宽边移动金属片,实现波导内的可变相移。通过优化设计波导和金属片的结构尺寸可实现0～360相移,通过优化设计金属片过渡匹配结构可实现较低的插损。设计波导内为全金属结构,不存在介质材料,采用真空绝缘可以承受较高的功率传输。设计了中心频率为9.4 GHz的金属片波导移相器,移相器最大插损小于0.2 dB,功率容量设计达到64 MW。实验测试,移相器最大插损小于0.5 dB,相频曲线呈线性关系。     

高功率平板波导螺旋阵列天线设计

提出了一种工作在C波段的高功率平板波导螺旋阵列天线。以平板波导馈电,降低了馈电复杂性和馈电结构高度;对基本的电探针结构进行改进,通过控制扇形缝隙的圆心角大小来调整耦合量,并采用上下脊结构消除反射;设计了短螺旋天线结构,通过分离的参数分别优化轴比和反射,得到天线的轴比在?7°～7°的范围内小于0.5 dB;构建了一个20单元的直线馈电阵列,通过电探针结构从平板波导中耦合能量,实现了20单元的等幅馈电。最后仿真了一个工作在4.3 GHz,包含20×20个单元的螺旋阵列天线,结果表明:该天线的增益为31.6 dB,口径效率为74%,在4.11～4.43 GHz的频带范围内反射小于?16 dB,功率容量3.6 GW。     

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。     

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.     

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。     

大尺寸模式转换天线的设计和实验研究

 在同轴波导尺寸较大的情况下,传统的插入四块金属板的同轴插板式模式转换器难以满足扇形波导内单模传输的条件。通过增加插板数目,设计了大尺寸情况下的模式转换器,并将其与同轴喇叭有机结合,设计了一个中心频率为7 GHz的新型模式转换天线,可以实现高功率微波源输出TEM模的定向辐射。该模式转换天线的数值计算结果为：增益22.2 dB,口径效率53.7%,中心频率上反射系数为0.07,在6.5~7.5 GHz频率范围内反射系数小于0.3。实验测量结果为：增益21.5 dB,口径效率约46%,在6.5~7.5 GHz频率范围内反射系数约为0.07~0.39。数值计算与实验测量结果基本一致。     

基于超材料的吸波体设计及其波导缝隙天线应用

设计了一种基于超材料电磁特性的吸波体, 并将其应用于波导缝隙天线. 该吸波体是由两层金属及其中间的有耗介质组成, 上层金属是由刻蚀交叉缝隙的贴片形成的电谐振器, 下层金属不刻蚀, 作为整个金属地板. 通过优化结构参数, 得到了一种极化不敏感、宽入射角的超薄吸波体, 吸波率达到99.1%, 厚度只有约0.01λ. 将该吸波体应用与波导缝隙天线, 在5.48-5.7 GHz工作频段内, 天线雷达散射截面减缩都在3 dB以上, 在鼻锥方向的-25°-+25°范围的角度上, 天线雷达散射截面减缩均在5 dB以上, 雷达散射截面减缩最大超过12 dB, 而天线前向增益仅降低了0.53 dB. 实验结果与仿真结果符合得较好, 证实了该吸波体具有好的天线雷达散射截面减缩效果, 可以应用于天线目标的隐身.     

L波段径向线螺旋阵列天线的优化设计

以提高阵列天线的口径效率为目标,对辐射单元及阵列布局进行了优化,设计了中心频率为1.57 GHz的6元单圆环径向线螺旋阵列天线,采用时域有限积分算法软件对阵列天线进行了数值模拟,结果表明：口径为320 mm的该天线在中心频率上可获得14.4 dBi的增益,口径效率达99%,轴向轴比值为1.15,在1.5～1.7 GHz的频带范围内,增益大于13.9 dBi,口径效率大于97%,轴向轴比值小于1.35。     

S波段高功率径向线输出窗的设计

为进一步改进和优化高功率径向线阵列天线的拓扑结构,提高功率容量水平,并满足馈源的真空密封需求,提出并设计了一种适用于高功率径向线阵列天线的微波输出窗。该高功率径向线输出窗采用圆环形陶瓷,材料介电常数为9.4,窗片厚度为3 mm,内径为36 mm,可实现径向线阵列天线馈电系统的输入同轴波导与输出同轴波导间的真空密封。设计结果表明:在中心频率为2.856 GHz下,该径向线输出窗驻波比为1.03,插入损耗为0.17 dB,设计功率容量约150 MW。     

S波段高功率径向线输出窗的设计

为进一步改进和优化高功率径向线阵列天线的拓扑结构,提高功率容量水平,并满足馈源的真空密封需求,提出并设计了一种适用于高功率径向线阵列天线的微波输出窗。该高功率径向线输出窗采用圆环形陶瓷,材料介电常数为9.4,窗片厚度为3 mm,内径为36 mm,可实现径向线阵列天线馈电系统的输入同轴波导与输出同轴波导间的真空密封。设计结果表明：在中心频率为2.856 GHz下,该径向线输出窗驻波比为1.03,插入损耗为0.17 dB,设计功率容量约150 MW。     

大尺寸模式转换天线的设计和实验研究

在同轴波导尺寸较大的情况下,传统的插入四块金属板的同轴插板式模式转换器难以满足扇形波导内单模传输的条件。通过增加插板数目,设计了大尺寸情况下的模式转换器,并将其与同轴喇叭有机结合,设计了一个中心频率为7 GHz的新型模式转换天线,可以实现高功率微波源输出TEM模的定向辐射。该模式转换天线的数值计算结果为：增益22.2 dB,口径效率53.7%,中心频率上反射系数为0.07,在6.5~7.5 GHz频率范围内反射系数小于0.3。实验测量结果为：增益21.5 dB,口径效率约46%,在6.5~7.5 GHz频率范围内反射系数约为0.07~0.39。数值计算与实验测量结果基本一致。     

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。     

Phased array for millimeter wave frequencies

A phased array is presented at a frequency of 70 GHz, consisting of a corporate feed, ferrite phase shifters and dielectric rod antennas. Metal waveguides were utilized to construct the feed network, whereas a special dielectric waveguide structure was employed for the ferrite phase shifter and dielectric rod antenna. Beam scanning can be performed electronically controlled in the horizontal plane.     

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。     

Active Microstrip Antenna with a Gunn Diode

Continuous electromagnetic emission from a Gunn diode built in a microstrip log-periodic antenna in the frequency range from 25 to 60 GHz is studied experimentally. The microstrip antenna was located on an insulating substrate with a thickness of about a quarter of the wavelength and with a metallized back side. It is shown that the output radiation power of such an antenna reaches 5 mW, which is over 50% of the power received from similar diodes in the waveguide cavity. The oscillation regime was varied from single-mode to noise-like, depending on the dielectric thickness and could be synchronized by external emission. Such a quasi-optical structure based on a Gunn diode is convenient for summing up powers from individual oscillators in an open resonator and is of great interest for the terahertz frequency band.     

Experimental analysis of metal coated dielectric waveguides

This paper concerns the experimental characteristics of metal coated dielectric waveguides with a rectangular surface corrugation. Waveguide are designed to operate at a second Bragg frequency of 90 GHz. The period, height and the duty cycle of a rectangular grating were calculated using the chosen frequency. A metallic layer of aluminum is sputtered on one side of the slab waveguide. The purpose of the metallic layer is to simulate a layer of high density plasma on the surface of the waveguide similar to that obtained by optical excitation of semiconductor structures. Experiments were performed to examine the far field radiation pattern, attenuation constant and the dispersion relation. Due to the presence of the plasma layer there will be an angular shift in the far field radiation pattern. We have observed angular shifts of about 20 in the radiation pattern of the waveguide before and after coating. Measurements are made in the frequency range of 88–95 GHz. This waveguide structure can be used to design an electronically steerable antenna and an electronic phase shifter operating in the millimeter-wave frequency band.Supported in part by the Army Research Office.