单方环结构左手材料微带天线

设计了一种简单的双面单方环结构左手材料,在4.8–5.25 GHz频率范围内该材料的等效介电常数和等效磁导率同时为负.将此单方环左手材料作为覆盖层,置于中心工作频率为5.0 GHz的微带天线之上. 仿真和实验研究表明:相对普通微带天线而言,覆层微带天线的性能得到了明显改善, E面和H面的半功率波束宽度分别收缩了25°和20°,定向性得到了提高, 5 GHz处的增益提高了3 dB, -10 dB带宽增加了600 MHz. 关键词： 单方环结构 左手材料 微带天线     

L/S/C/X四频高隔离共口径微带天线设计

首次设计实现了一款能同时工作在L/S/C/X四个频段的高隔离共口径低剖面微带天线。整体结构通过依次按照频率从低至高的顺序自下而上将4个频段的微带天线堆叠而成,采用同轴探针穿过低频辐射贴片形成过孔给高频天线馈电,同时将低频天线作为其上层高频天线的地,以提高天线指标与性能。其中L/S/C波段的辐射贴片采用在矩形辐射贴片四周添加枝节的方式,更利于阻抗调节;X波段置于最顶层,通过对矩形贴片进行开槽处理,避免了对其它频段的辐射遮挡;通过采用中和线去耦合及正交馈电的方法,最终实现了4个频段内增益分别为6.85,7.48,6.13,6.62 dBi;各端口之间隔离均大于30 dB;天线尺寸为85 mm×85 mm×9.07 mm;通过实物加工,测试与仿真结果吻合良好,验证了设计的有效性和可靠性。     

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.     

基于左手介质后向波特性的微带天线小型化研究

基于色散性稳定、频带宽、电尺寸小的左手介质结构单元，设计了一种左手介质和传统介质相结合的微带天线基板结构，利用左手介质的后向波效应对传统介质中传播后的电磁波进行相位补偿，从而实现微带天线小型化设计.理论计算和数值仿真结果表明，工作于4.7 GHz的微带天线的物理尺寸被减小了37.92%，突破了传统微带天线的半波长要求的限制，而小型化的微带天线的增益、带宽等性能方面与传统天线相当，证明了用左手介质小型化微带天线的可行性和实用性.     

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。     

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.     

基于斜三角开口对环的宽带低耗左手材料

本文将磁谐振环-金属线共面结构与磁谐振环相结合, 提出了一种基于斜三角开口对环结构的新型宽频带低耗左手材料结构. 该结构能产生两个磁谐振, 实现两个双负频段. 研究表明, 调节单元尺寸可使两个双负频段移动重合形成一个宽频带. 理论分析、仿真和测试结果均表明, 本文提出的新形结构在9.3—13.2 GHz频段同时具有负的磁导率和负的介电常数, 相对带宽34.7%, 损耗性能系数347.9, 实现了宽带低耗左手材料. 其研究结果对多频段、宽带低耗左手材料的设计具有重要的指导意义.     

一种新型左手材料的设计和特性研究

通过对左手材料的理论分析,设计了一种宽频带左手材料结构单元.该结构单元由一个矩形闭合环和十字型结构构成的谐振器和金属线组合而成.这种新结构中的谐振器实现负磁导率,金属线实现负介电常量,经过合理的设计,可以在某一频段内使得磁导率和介电常量同时为负,即具有负的有效折射率和正的波阻抗.数值仿真结果表明:在其工作频段内存在一个通带并且在17.6～29.0 GHz频率范围内折射率实部为负,而虚部接近于零;同时在该频率范围内波阻抗实部大于零,从而说明了该左手材料具有左手特性.除此之外,相对左手带宽达到48.9％,远远优于传统的左手材料.     

一种新型左手材料的设计和特性研究

通过对左手材料的理论分析,设计了一种宽频带左手材料结构单元.该结构单元由一个矩形闭合环和十字型结构构成的谐振器和金属线组合而成.这种新结构中的谐振器实现负磁导率,金属线实现负介电常量,经过合理的设计,可以在某一频段内使得磁导率和介电常量同时为负,即具有负的有效折射率和正的波阻抗.数值仿真结果表明:在其工作频段内存在一个通带并且在17.6～29.0GHz频率范围内折射率实部为负,而虚部接近于零;同时在该频率范围内波阻抗实部大于零,从而说明了该左手材料具有左手特性.除此之外,相对左手带宽达到48.9%,远远优于传统的左手材料.     

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。     

加载电磁带隙结构的阶梯型微带天线设计及分析

为了减弱大气摩擦引起的高温损伤,航空飞行器雷达天线一般都会加装天线罩或介质窗,将电磁带隙(EBG)结构的禁带特性和阶梯型微带天线的带宽及良好的匹配特性相结合,设计了一种含介质窗的EBG结构阶梯型微带天线,并计算分析了天线的辐射特性及介质窗对辐射特性的影响。结果表明：EBG结构产生的带隙能够制约天线表面波的传播,改善天线的带宽和增益性能,且当介质窗存在时,该结构亦可降低天线与介质窗间的互耦效应。这为含介质窗的EBG结构阶梯型微带天线的设计和应用提供了一定理论参考。     

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。     

异面带状线馈电的宽带双极化蝶形天线

针对通信与雷达系统对双极化与宽带天线的要求,提出了一种基于带状线馈电的双极化蝶形天线。通过两对互相正交的蝶形阵子实现了天线的双极化,并采用一种新型的微带线转异面带状线的巴伦给两对正交蝶形阵子平衡馈电。异面带状线为平衡传输线,满足了蝶形阵子对于平衡馈电的要求。在馈电点处由同轴线对微带线馈电,经渐变微带线转化为异面带状线,最后由两组异面带状线给两对正交蝶形阵子馈电。测得该天线实现了69.23%的阻抗带宽,在6.8～14 GHz频带内电压驻波比(VSWR)小于2。为使天线单向辐射且改善天线增益,将天线放置于反射吸收腔内。测得天线在6.8～18 GHz的频宽内VSWR基本小于3,天线增益在8～12 GHz频带内大于0.11 dB,天线前后瓣比大于15 dB。因此,所提出的双极化蝶形天线可用于宽带通信系统中。     

异面带状线馈电的宽带双极化蝶形天线

针对通信与雷达系统对双极化与宽带天线的要求,提出了一种基于带状线馈电的双极化蝶形天线。通过两对互相正交的蝶形阵子实现了天线的双极化,并采用一种新型的微带线转异面带状线的巴伦给两对正交蝶形阵子平衡馈电。异面带状线为平衡传输线,满足了蝶形阵子对于平衡馈电的要求。在馈电点处由同轴线对微带线馈电,经渐变微带线转化为异面带状线,最后由两组异面带状线给两对正交蝶形阵子馈电。测得该天线实现了69.23%的阻抗带宽,在6.8~14GHz频带内电压驻波比(VSWR)小于2。为使天线单向辐射且改善天线增益,将天线放置于反射吸收腔内。测得天线在6.8~18GHz的频宽内VSWR基本小于3,天线增益在8~12GHz频带内大于0.11dB,天线前后瓣比大于15dB。因此,所提出的双极化蝶形天线可用于宽带通信系统中。     

基于超材料角反射面的高增益高效率双圆极化Fabry-Perot天线设计

基于射线跟踪模型,提出了一种超材料角反射面结构,实现了Fabry-Perot天线增益和口径效率的提升.首先对基于超材料角反射面的Fabry-Perot天线进行了理论推导和分析.然后,设计并分析了双圆极化馈源、基于超材料角反射面的Fabry-Perot天线及其性能.最后,对所提出的Fabry-Perot天线模型进行了制造和测试.结果表明,该天线的左圆极化增益和右圆极化增益分别为21.4 d Bi和21.3 d Bi.相比馈源天线,增益分别提高了16.4 d B和16.3 d B.与传统Fabry-Perot天线相比,所提出超材料角反射面同时充当了反射面和相位校正面,实现了对Fabry-Perot天线边缘电磁波的有效调控.所设计Fabry-Perot天线工作在2.8 GHz频段,具有高增益、高口径效率和低旁瓣的优点,满足了太阳射电望远镜F107指数观测的需求.     

L波段小型化同轴扩张型天线设计

为了减小常规L波段高功率微波测量接收天线的结构尺寸及增益,设计了一种基于轴向缝隙馈电的小型化同轴扩张型天线。通过理论分析和数值模拟,选择了较优的结构尺寸,得到天线的增益及方向图特性：在1.3~1.6 GHz范围内,增益从-2.0 dBi变化至0.8 dBi;天线最大辐射方向在物理结构轴向。基于矢量网络分析仪E8362B的天线特性测量结果与数值计算结果基本一致：工作频率从1.3~1.6 GHz变化时,增益从-2.3 dBi变化至1.2 dBi;E面方向图主瓣宽度大于60,轴向轴比大于35 dB,结果表明设计的天线能够满足L波段高功率微波测量天线低增益小型化要求。     

高功率线极化径向线阵列天线优化及实验研究

为了提高高功率线极化径向线阵列天线性能(口径效率及反射特性等),实现更优的径向线线极化阵列天线辐射,通过提高单元天线性能、调整阵列布局、改进馈电径向线和探针这3种途径对其进行了优化,并对其进行了理论分析、数值仿真和实验研究。实验结果表明:在中心频率1.57 GHz下,驻波比为1.19,增益为17.65 dBi,轴比为-39.2 dB;在1.47~1.77 GHz的频率范围内驻波比都小于1.4。     

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。     

一种新型宽带定向性贴片天线设计

利用超材料概念,通过在接地面上蚀刻条形缝隙图案,并引入"八木"天线中的反射器和引向器的设计思想,设计并且制作了一种超宽带强定向型贴片天线.仿真结果表明,天线相对带宽为65.3%(6.9—13.6 GHz),带内回波损耗均在-10 d B以下,整个频段内天线的增益均在4.4 d Bi以上.由于接地板上蚀刻的超材料结构的左手特性影响了天线介质基底的等效媒质参数,天线电磁场的传播方向被改变,天线辐射场主要集中在水平方向而不是传统贴片天线的垂直方向.在传统的贴片天线上引入反射器和引向器增强了天线的方向性.实验结果与仿真结果有较好的一致性.