级联电磁带隙结构对双频微带天线互耦的影响

一种均匀面片尺寸的图钉型电磁带隙结构只能实现一个表面波带隙,而将不同参数的图钉型电磁带隙结构级联可以实现多个或宽带的表面波带隙。利用不同金属面片尺寸的图钉型电磁带隙结构级联的方法实现双带的表面波带隙。设计两种均匀的电磁带隙结构,使其带隙范围分别覆盖天线的两个工作频带,然后将这两种结构级联起来,加载于两个缝隙天线单元之间。仿真分析和实验结果表明,级联型的电磁带隙结构可以有效抑制表面波,在两个频率带内同时减小互耦。     

一种电磁带隙结构的快速分析方法

 使用直接传输方法分析有限周期Mushroom-like 电磁带隙结构的表面波带隙,与无限周期的电磁带隙结构表面波色散能带图相比,该方法能大大缩短分析时间。将电磁带隙结构放置于波导底面,通过计算波导的传输系数,分析了不同波导高度和电磁带隙结构周期数对带隙范围的影响。加工了Mushroom-like电磁带隙结构样品,并使用一对探针耦合的方法测量了电磁带隙结构的TE和TM表面波带隙,实验结果表明使用直接传输方法确定的表面波带隙与测量数据吻合良好,证明了此方法的有效性。     

加载电磁带隙结构的平切圆锥等角螺旋天线

 加载电磁带隙的平切圆锥等角螺旋（EAS-EBG)天线可以在很宽的频带范围内提高辐射增益。建立了平切等角螺旋锥体（EAS）天线的基本模型,并用HFSS对其进行了仿真。研究了一种加载电磁带隙结构的平切圆锥等角螺旋锥体天线。该天线是在保持原平切等角螺旋锥体天线外形不变的情况下,加载了小型化的电磁带隙结构,以提高增益并保持共形化。仿真结果表明:加载电磁带隙结构的模型增益在5～12 GHz带宽下可以提高1～3 dB,并且轴比特性基本不变。     

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。     

电磁带隙微带天线馈源阵设计

 针对阵列天线在大反射面馈电中的应用,设计一种基于电磁带隙（EBG）结构的馈源阵列。在深入研究EBG结构带隙特性的基础上,制作一个基于EBG结构的六边形7元微带天线阵,并对其性能进行了实测和分析。结果表明：EBG结构可以有效抑制天线阵元之间的互耦,改善天线匹配及圆极化特性;基于EBG结构的六边形馈源阵列较无EBG结构性能有较大提高,适用作反射面天线的焦平面馈电阵。     

0.22 THz二维电磁带隙波导和阵列天线设计

基于二维电磁带隙（EBG）结构,设计了工作在0.22 THz的直波导传输线和90弯波导传输线。数值模拟结果显示:直波导和弯波导的S21参数在0.22 THz处均大于10-5 dB,20 GHz模拟频带内的S21参数分别大于-0.001 dB和-0.003 5 dB。EBG结构很好地阻止了电磁波在电磁带隙内部的传播。基于EBG结构波导,设计了3 dB功分器和H面扇形喇叭阵列天线。数值模拟结果显示:功分器的S21参数在0.22 THz处为-3 dB,阵列天线方向性为17.1 dBi,具有较小的旁瓣和后瓣,E面和H面方向图均具有良好对称性。     

利用金属贴片电磁带隙结构在金属波导中创建准横电磁波

为解决准横电磁(TEM)模波导工作带宽较窄的问题,提出采用金属贴片电磁带隙(EBG)结构在金属波导中创建准TEM波.通过理论分析和数值计算,研究金属贴片EBG结构创建准TEM波导对展宽带宽、改善传输特性和增强准TEM波电场分布均匀性的作用.模拟结果表明,在频率14 GHz附近,金属贴片EBG将TE₁₀模成功转换成准TEM模,转换带宽达到1.7 GHz,且在波导横截面83.9%的面积上电场分布均匀性达到84.7%. 关键词： 电磁带隙 金属贴片电磁带隙结构 磁导体 准横电磁模波导     

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.     

基于超材料吸波体的低雷达散射截面波导缝隙阵列天线

提出利用超材料吸波体减缩波导缝隙阵列天线带内雷达散射截面的设计方法. 设计具有超薄(厚度仅为0.01λ, λ为吸波体中心频率对应波长)、无表面损耗层和高吸波率的超材料吸波体, 将其加载到波导缝隙天线E面方向辐射缝隙间的金属表面上, 并与辐射缝隙保持一定的间距. 该加载方式没有破坏天线的口径馈电振幅分布, 并利用超材料吸波体对电磁波的强吸收特性降低了天线阵的结构模式项散射. 仿真和实验结果表明, 加载超材料吸波体后天线阵的反射系数、增益、波瓣宽度保持不变, 在x极化和y极化条件下, 波导缝隙阵列天线的带内雷达散射截面减缩量均在6 dB 以上, 且在-25°-+25°范围内天线雷达散射截面均有明显的减缩, 鼻锥方向减缩超过10 dB. 该研究成果对阵列天线雷达散射截面减缩具有重要的借鉴意义和工程应用价值.     

基于吸聚一体的低散射传输型透镜设计

通过传输型超表面透镜与电路模拟雷达波吸收器的集成设计,提出了一种兼具透射波前变换与带外雷达散射截面减缩特性的微波复合材料设计方法。透镜采用亚波长分布的周期性单元,由梯度相位补偿对透射波进行调节,进而获得平面波前与球面波前之间的互易变换。并且,使用透镜在波前变换频带以外低频端的反射特征,结合单个有耗层设计,构造了电路模拟吸波器。选用一副缝隙耦合馈电的微带贴片天线单元作为初级馈源天线,观察到复合材料的波前变换特性可在宽频带范围内产生主瓣增益增强效果。与透镜相比,电路模拟吸波器的引入使得复合材料针对TE与TM极化分别可在130.68%与155.11%的频率范围内获得雷达散射截面减缩效果。通过全波模拟和实验测量,验证了辐射增益增强与雷达散射截面减缩效果,表明了复合材料吸聚一体设计的有效性。     

基于超材料吸波体的低雷达散射截面微带天线设计

设计了一种高吸波率、宽入射角、无表面损耗层的超材料吸波体, 并将其用于微带天线的带内雷达散射截面(radar cross section, RCS)减缩.实验结果表明: 设计的吸波体的厚度为0.3 mm, 吸波率达99.9%, 相比普通微带天线, 加载该吸波体后的天线在工作频带内法向RCS减缩都在3 dB以上, 最大减缩16.7 dB, 单站RCS在-30°–+30° 角域、双站RCS在-90°–+90°角域减缩超过3 dB, 且天线辐射性能保持不变. 证实了该吸波体具有良好的吸波效果, 可以应用于微带天线的带内隐身. 关键词： 超材料吸波体 微带天线 雷达散射截面     

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.     

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.     

一种兼具宽带增益改善和宽带、宽角度低雷达散射截面的微带天线

设计并制备了一种兼具高增益和低雷达散射截面(radar cross section, RCS)的微带天线, 通过给原始微带天线加载双屏频率选择表面(frequency selective surface, FSS)覆层, 使其具有宽带的3 dB增益带宽和宽带、宽角度的低RCS特性. 该FSS单元的上层是四个开口处都焊有电阻的金属环结构, 下层是中间和四边都开缝的金属贴片结构. 上层加载的电阻主要用于吸收雷达入射波, 减缩天线RCS; 下层的贴片和天线地板构成Fabry-Perot谐振腔, 提高天线增益. 在5.75–11.37 GHz频带内, S₂₂<-10 dB, S₁₂<-10 dB; 在11.21–11.54 GHz频带内, S₁₁反射系数相位曲线斜率为正, 幅度模值均在0.86以上. 实验结果表明: 与原始天线相比, 在谐振频点11.73 GHz处, 天线增益提高3.4 dB, E, H面的半功率波束宽度分别减小16°和50°; 天线的3 dB增益带宽为10.00–12.40 GHz, 完全覆盖阻抗带宽. 在4.10–11.30 GHz 频带内, 天线法向RCS均有3 dB以上的减缩, 最大减缩23.08 dB; 4.95 GHz处的单站RCS在-20°–20°的角域、双站RCS 在-37°–37°的角域均有3 dB以上的减缩. 实验结果证实了该FSS覆层可用于同时改善天线的辐射和散射 性能. 关键词： 频率选择表面 低雷达散射截面 高增益 宽带     

A new double L-shaped multiband patch antenna on a polymer resin material substrate

The design and prototyping of a new double L-shaped patch antenna on substrate of available low cost polymer resin composite material is presented. The designed microstrip line fed compact antenna consists of a planar double L-shaped slotted radiating patch, 1.6 mm thick substrate and ground plane. The proposed small antenna was designed and analyzed using a finite-element method-based, commercially available, high frequency structure simulator, and fabricated on a printed circuit board. The measured ?10 dB return loss bandwidths were 220 MHz and 650 MHz at 4.85 GHz and 8.10 GHz center frequencies. The corresponding symmetric and almost steady radiation patterns have peak gains of 7.6 dBi and 4.1 dBi, making the proposed antenna suitable for C and × band wireless applications, especially for WLANs, mobiles and satellites. The radiation efficiency, input impedance and current distribution of the proposed antenna were also analyzed.     

Study of low-temperature ordering and crystal structure in FePtBi/Au nanocomposite films

We investigate the frequency behavior of a half-wave dipole antenna placed very close over a 2LC uni-planar compact electromagnetic bandgap (UC-EBG) structure. A very compact and high-gain antenna is realized at 1 GHz. The air distance between the dipole element and the UC-EBG surface is ∼λ ₀/100. We analyse the structure by using the optical model of Hansen, full-wave electromagnetic simulations (EM) and experimental characterizations. The analytical model of Hansen describes accurately the UC-EBG phase contribution to the total radiated field below 1 GHz. Above this frequency, the Hansen analytical model is in discrepancy with the measurements and full-wave simulations, which show split in the radiation patterns. We show that this phenomenon is induced by the power leakage of the fast-wave UC-EBG surface excited by the dipole source inside its leaky wave region. We propose an original model based on the Hansen optical analysis that takes into account the overall phenomena. The model includes the contribution of the weighted fields radiated by the cells of the UC-EBG. This model leads to very good agreements with measurements and full-wave simulations.     

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.     

基于宽波束磁电偶极子天线的宽角扫描线性相控阵列

设计并加工了两款基于宽波束磁电偶极子天线单元的宽角扫描线性阵列.首先,通过加载磁偶极子的方法拓展了天线单元的3-dB波束宽度.然后,基于该宽波束天线单元设计了两款具有良好宽角扫描特性的一维阵列天线.实测结果表明,天线单元的E面方向图3-dB波束宽度在9GHz—12 GHz均大于107°,H面方向图3-dB波束宽度在7GHz—12 GHz均大于178°.E面阵列中心单元的有源驻波比在9GHz—13 GHz小于2,相对阻抗带宽为36.36%.H面阵列中心单元的有源驻波比在9.6GHz—12.6 GHz小于2.5,相对阻抗带宽为27.03%.E面阵列在9GHz—12 GHz可实现±70°的有效宽角扫描.H面阵列在9GHz—GHz可实现±90°的有效宽角扫描.与传统的扫描阵列相比,设计的阵列可实现有效宽带宽角扫描,在X波段相控阵雷达方面具有广阔的应用前景.     

Rectangular patch antennas over electromagnetic band gap structures

In this paper, I propose a new design of a defected structure (DS) for use as an electromagnetic band gap (EBG) configuration to enhance the performance of low profile microstrip antennas. The proposed defected structure embodies a honeycomb lattice of cylindrical air holes. The proposed DS is applied to three different configurations using a dielectric substrate (dielectric constant 6 and thickness 1.5 mm); namely: a dielectric substrate backed by a defected ground plane, a defected dielectric substrate backed by a normal substrate and a defected dielectric substrate backed by a defected ground plane. The simulated values of the transmission coefficient S ₂₁ for the last one show two well-defined stop bands around 8.5 and 9.5 GHz, respectively. The first band has been used to reduce mutual coupling in a microstrip array. On the other hand, the stop band defined around 9.5 GHz has been applied to enhance the characteristics of a rectangular patch antenna and improve the operational 10-dB bandwidth.     

Metamaterial-embedded dual wideband microstrip antenna for 2.4 GHz WLAN and 8.2 GHz ITU band applications

ABSTRACT

A compact dual-band antenna designed for operating in IEEE 802.11b/g WLAN (2.4–2.484?GHz) and ITU frequency bands (8.01–8.5?GHz) is presented in this communication. The antenna has two distinct resonant modes generated with the help of three U-shaped transmission lines and a modified ground plane. A periodic repeating pattern of metamaterial unit cells integrated on the same plane of the substrate has enhanced the antenna performances using improved loading method. The measured bandwidth of the metamaterial-embedded antenna is increased by 16% in the lower operating band and 6% in the upper operating band. The compact proposed antenna provides wide measured bandwidths of about 40% (2–3?GHz) in the lower and 16% (8.19–9.63?GHz) in the upper frequency spectra. The maximum measured gain of the proposed antenna is increased around 3.63?dB at 2.36?GHz and 1?dB at 8.45?GHz. The proposed antenna radiator is about 89.6% compact with respect to a conventional antenna. An excellent agreement of the simulation with the benchmark results validates the design of the proposed structure.