馈电相位可调极化可重构微带贴片天线

设计了一种相位可调的极化可重构微带贴片天线.该天线采用双馈电方式工作,通过改变馈电网络中4个单刀双掷开关的导通状态在两个馈电点形成不同的相位差,从而实现左旋圆极化、右旋圆极化以及线极化之间的切换.实验结果与理论分析和仿真结果相吻合,天线实现了良好的极化重构能力.特别是不同极化状态下,天线工作频率具有良好的一致性.     

磁电偶极子天线的极化可重构研究(特邀文章)

磁电偶极子天线有着宽带、对称方向图、低后瓣和稳定增益等优越性能,在诸如基站天线设计等应用场合颇受青睐.另一方面,随着通信系统朝着大容量、高可靠性和智能化等方向发展,可重构天线因其可重配置的天线特性受到广泛关注.该文总结回顾了极化可重构磁电偶板子天线的研究进展,着重介绍了一种高天线效率、三种极化选择和一种单端口、四种极化选择的磁电偶板子天线的设计和分析.相对于传统的基于微带天线的极化可重构设计,提出的基于磁电偶极子天线的极化可重构天线,具有交叠带宽宽,方向图对称,增益稳定等优点;并且通过采用如低损耗的可重构微扰结构和交叉阵子结构馈电等技术,可以实现较高的天线效率或是更少的馈电端口和不复杂的直流偏压电路.其在未来高度集成化、绿色和智能化的无线通信系统中有着一定的应用前景.     

低剖面极化可重构超表面天线

提出了一种低剖面极化可重构超表面天线. 天线由三部分组成:3×4金属矩形贴片阵列组成的超表面覆层、缝隙耦合天线和直流偏置控制电路. 电路包括8个PIN二极管开关组成的四对开关（PIN1,PIN2,PIN3和PIN4）和直流偏置线,通过控制上述四对PIN开关的工作状态,天线可以在线极化、左旋圆极化和右旋圆极化三种极化状态之间转换. 对天线样机进行了加工并给出了实测反射系数、实际增益、轴比和归一化辐射方向图,结果表明:天线在不同工作状态下的共享工作频带为4～5.4 GHz,?10 dB阻抗带宽为29.8%;3 dB轴比带宽为8.3%,从4.6～5 GHz;各状态下的实测增益相差不大,其平均增益都大于5 dBi. 仿真结果与实测结果吻合良好.     

基于可重构频率选择表面的天线RCS减缩研究

针对天线雷达截面减缩问题,该文提出一种基于二极管控制的可重构频率选择表面结构,并将其用于天线的雷达截面减缩技术。论文将可重构技术应用于频率选择表面设计,使得频率选择表面可以在带通型以及带阻型之间进行相互切换。为了在保证天线辐射特性的前提下降低天线的雷达截面,该文考虑将可重构频率选择表面作为天线反射板用以置换一般的金属反射板。通过二极管导通/截断使得可重构频率选择表面反射板处于不同状态,以实现天线在不同工作状态下的RCS减缩控制及切换。仿真及实测结果表明,使用可重构频率选择表面反射板,天线雷达截面的最大减缩量可达20 dB以上,减缩角域可达-60+60,同时天线的辐射特性几乎未发生变化。该方法可在保证天线辐射特性的基础上极大程度降低天线的雷达截面,并能做到天线雷达截面减缩频段的可重构。     

基于蝶形振子的可重构圆极化端射天线设计

为了降低天线对载体气动力学的破坏,提高天线在复杂电磁环境中的性能,该文设计了一款圆极化方式可重构的端射天线。该天线以基片集成波导(SIW)喇叭天线为原型,在喇叭前端加载移相器和蝶形振子,上下蝶形振子之间加载了4个MEMS开关,开关的导通与断开,可以控制电流的流动路径,从而使天线分别辐射两种圆极化波。实测结果表明,通过控制开关的通断组合,设计的天线可以在11.24～11.83 GHz频段内沿端射方向辐射左旋圆极化(LHCP)或右旋圆极化(RHCP)电磁波。测量结果和仿真结果基本吻合,验证了设计的有效性。     

频率可重构超宽带天线研究

超宽带天线和可重构天线是当今天线领域研究的热点。将可重构天线技术应用到超宽带天线设计中,讨论了频率可重构超宽带天线的设计思路。以印刷单极子椭圆天线为原型,给出了两个可重构天线的具体结构,并对天线进行了可重构带阻设计,避免与相关频段之间的干扰。仿真结果表明:重构后天线Ⅱ的低频获得了扩展,其相对尺寸的长和宽分别减小到最大工作波长的0.116倍和0.087倍,工作频段为0.174~10.9GHz,可重构阻带为5.1~5.95GHz,带宽比可高达62:1.     

三端口宽带极化可重构紧耦合天线阵列

提出了一种三端口宽带极化可重构紧耦合天线阵列。该阵列单元由蝶形偶极子、阻抗变换器和巴伦组成,通过最大功率传输效率法(MMPTE)优化出天线三个端口的所需最优激励分布,从而实现天线在左旋圆极化(LHCP)和右旋圆极化(RHCP)以及在方位角平面任意角度线极化(LP)多种辐射模式之间的切换。最终优化得到的阵列的尺寸为π×60² mm²×30 mm(π×0.7²×0.35λ₀³=0.549λ₀³,其中λ₀为中心频率处的自由空间波长)。测试结果表明,该阵列在左右旋圆极化和线极化状态下的相对阻抗带宽(|S₁₁|<-10 dB)都为50.7%,且3 dB增益带宽基本能覆盖阻抗带宽。左右旋圆极化轴比小于3 dB,并且轴比带宽(AR<3 dB)可以覆盖整个阻抗带宽。在3.5 GHz处,阵列在各种极化状态下的最大实际增益均大于8.8 dBi。     

一种基于AFSS的可重构天线设计

针对5G智能天线双频工作,提出一种基于有源频率选择表面（active frequency selective surface, AFSS）的可重构天线,该天线由蝶形频率可重构馈源和八棱柱形AFSS构成,馈源采用的是共面波导方式馈电的蝶形单极子. AFSS由对称弯钩状缝隙的周期结构构成,通过PIN二极管进行加载,使得AFSS能够在3.4～3.6 GHz和4.8～5.0 GHz两个5G频段互为反射模式和透射模式. 利用AFSS对馈源天线激励的电磁波进行空间调控,可实现两个频段的全向和定向波束的切换,也可实现水平面波束扫描. 根据仿真设计的天线模型进行设计加工和实际测试,结果表明:该天线的工作频段可以覆盖以上两个频段,低频定向波束增益为7.6 dBi,高频定向波束增益为8.6 dBi;并且能实现高/低频双波段切换、全向/定向波束切换和水平面内360°波束扫描功能. 该天线具有波束切换灵活、功耗低、造价低等特点,在新一代无线通信系统中具有一定的应用价值.     

可重构天线的研究现状与发展趋势

可重构天线作为一种新型的天线,与传统天线相比具有尺寸小、重量轻、利于实现分集等优点和广阔的发展前景.回顾了可重构天线的发展历程,总结了近年来国内外关于可重构天线的最新研究成果,并从可重构天线的功能、使用的关键器件、设计方法与电路特点等方面对其研究现状进行了深入分析.从多个角度给出了可重构天线的分类与总结,并就可重构天线的设计方法与电路特点进行详细论述和举例说明.最后对可重构天线的发展趋势进行了展望.     

一种基于电调移相器的可重构天线

设计并实现了一种基于反射式移相器的极化可重构天线。该天线使用一对交叉摆放的领结型振子作为辐射单元,并在馈电网络中通过两路移相器调整双馈端口间的相位差实现线极化、左旋圆极化和右旋圆极化模式之间的切换。通过加载匹配枝节的方法扩展了反射式移相器的移相范围,提高了移相器的移相精度,降低了天线圆极化模式带内的轴比。所设计天线的中心频率为5.4 GHz,在线极化模式下10 dB 阻抗带宽为990 MHz,在圆极化模式下10 dB 阻抗带宽分别为760 MHz 和850 MHz,3 dB 轴比带宽分别为510 MHz和480 MHz。该天线在频带内具有稳定的波束方向图,其平均增益为5.3 dB,并且具有27 dB 的主极化-交叉极化隔离。最终的实测结果与仿真结果基本一致,表明该天线具有良好的性能。     

Reconfigurable Microstrip Patch Antenna with Switchable Polarization

A novel reconfigurable microstrip patch antenna with frequency and polarization diversities is proposed. A U‐slot is incorporated into a square patch, and a PIN diode is utilized to switch the slot on and off, which realizes the frequency diversity characteristic. The polarization diversities among linear polarization (LP), right‐hand circular polarization (RHCP), and left‐hand circular polarization (LHCP) are also obtained by switching three PIN diodes on the slot and the truncating corners of a square patch on and off. The antenna design and experimental results are presented.     

一种移动终端多天线方向图重构快速选择算法与基于滑动时间窗的加速实现

 多输入多输出(MIMO)系统中,天线选择技术可以在降低复杂度的同时,有效地提高系统的性能.但对于天线安装空间受限的小型终端,天线的数目将受到很大限制,本文结合方向图可重构技术,考虑基于线性接收机的空间复用系统,通过在已选择的发射天线上采用等功率分配等增益传输以减少反馈信息量.在此条件下,推导出空间相关衰落信道下自适应发射天线选择的统计容量公式下限,然后,在此基础上提出基于方向图重构的发射天线快速选择方法以最大化该容量值.此外,在实现中提出了一种基于滑动时间窗的梯度更新估计模型,缩短了算法所需时间.     

一种极化可重构的开口环缝微带天线

基于互补开口谐振环的结构设计了一种新型的极化可重构天线。与传统的180°对称开口谐振环不同的是采用90°夹角的开口结构,通过控制开口的状态,能够实现2. 6GHz 频率的左右圆极化和2.4GHz 线极化的转换。当天线左右开关状态不同的时候,天线的结构非对称,可将天线看做变形的开口谐振环,其能够实现圆极化;当天线左右开关都处于开的状态时,天线可以看做是双环缝微带天线,实现线极化。2.6GHz 的左右圆极化的3dB 轴比带宽为100MHz,-10dB 阻抗带宽2.20～2.80GHz(600MHz),2.4GHz 线极化的阻抗带宽是2.1～2.55GHz(450MHz),适用于无线移动通信。     

左/右旋圆极化可重构微带天线

设计了一种左/右旋圆极化可重构的微带天线。在矩形微带贴片的两条边上增加枝节,贴片与枝节通过PIN 二极管开关连接,通过控制PIN 二极管的通断来改变正交模式的相位差,使天线在同一个馈电点上可实现左旋圆极化（LHCP）和右旋圆极化（RHCP）的重构。该天线在（2800±10）MHz 的频率范围内驻波比小于2,轴比小于3dB。仿真结果与测试结果均验证了该方案的可行性。     

一种新型极化可重构微带天线

利用互补开口谐振环(CSRR)结构提出了一种新型极化可重构微带天线。将CSRR 和一个PIN 二极管开关加载在天线的地板上,通过控制二极管开关的状态,可以实现左旋圆极化和线极化之间的切换,无需额外的偏置电路。利用仿真软件分析了CSRR 的尺寸和位置对天线圆极化特性的影响。所设计的天线工作在5. 8GHz 频段范围,测试结果与仿真结果吻合较好。实验结果表明,在圆极化状态下,中心频率5. 77GHz,-10dB 阻抗带宽约360MHz,最小轴比为1. 5dB,3dB 轴比带宽为80MHz;线极化状态下,中心频率5. 72GHz,-10dB 阻抗带宽约200MHz。天线增益均为6dB 左右,具有良好的方向性,可用于现代无线通信系统中。     

Reconfigurable Circularly Polarized Microstrip Antenna on a Slotted Ground

A compact square patch antenna with reconfigurable circular polarization (CP) at 2.4 GHz is proposed. Circular polarization is generated by an arc‐shaped slot on the ground plane. In order to switch the CP orientation, the current flow direction of the patch is reconfigured via the PIN diodes mounted on the slot. As the slot and bias circuit are not placed on the patch side, the proposed antenna radiates a CP wave without alteration in the main beam direction. From the experimental results, the impedance and CP bandwidths of the proposed antenna have been demonstrated for up to 80 MHz and 25 MHz, respectively.     

极化可变可重构微带天线

设计了一种单点馈电的小型微带正方形贴片开槽天线,通过控制二极管的开关状态改变贴片上两个相互正交开槽的状态,可以实现左旋与右旋圆极化的切换.文中给出了Ansoft HFSS9.0的仿真结果和实测结果.仿真与测试结果表明,这种极化可变可重构微带天线具有较好的圆极化特性,可以应用于无线通讯与卫星通信领域.     

基于最大比合并的MIMO分集系统递增天线选择算法

MIMO分集系统天线选择技术可以在不增加系统射频链路的情况下,达到与全天线几乎相同的分集增益.针对发送端采用最大比发送,接收端采用最大比合并的MIMO分集系统,提出了一种递增天线选择方法,每次增加一根天线,并使得它与已选出的天线结合起来具有最大的信噪比增益.相对于对所有可用天线集进行遍历的最优算法,它减小了需要搜索的范围和每次搜索的计算量,降低了复杂度;相对于功控天线选择算法,它考虑了新增天线与已选出天线集之间的相关性,改善了性能.仿真结果表明,在误比特率、信道容量和信噪比增益方面,此算法和最优算法性能相近,且不随可用天线数和选出天线数的改变而改变.