一种新型高增益贴片天线阵的研制

利用光子晶体可以抑制基板表面波传播来提高天线增益的基本思想,改进设计了一种高增益多层耦合贴片天线.天线采用悬置耦合馈电方式,使馈电电路与辐射元分离,减小了馈电电路对辐射元性能的影响,从而便于在阵列中的应用,同时,通过在覆盖层加载基底钻孔型PBG结构,使单元天线增益可以达到11.54 dB,相比普通单层微带贴片天线,增益提高了8.68 dB.在此基础上,采用均匀等辐并联馈电网络,实际制作并测试了一个4×4元高增益微带贴片平面天线阵.测试结果表明:天线阵在12.0-13.0 GHz的频带内均满足驻波比小于2.0(VSWR<2.0);在中心频率12.5 GHz处,天线阵增益可以达到22.23 dB,副瓣电平小于-13.5 dB,相对于普通4×4元微带贴片天线阵,增益提高了近一倍,这样的结构在平面天线阵小型化领域应用前景广阔.     

Electromagnetic coupling reduction in dual-band microstrip antenna array using ultra-compact single-negative electric metamaterials for MIMO application

In this paper, an ultra-compact single negative(SNG) electric waveguided metamaterial(WG-MTM) is first investigated and used to reduce the mutual coupling in E H planes of a dual-band microstrip antenna array. The proposed SNG electric WG-MTM unit cell is designed by etching two different symmetrical spiral lines on the ground, and has two stopbands operating at 1.86 GHz and 2.40 GHz. The circuit size is very compact, which is only λ_0/33.6 ×λ_0/15.1(where λ_0 is the wavelength at 1.86 GHz in free space). Taking advantage of the dual-stopband property of the proposed SNG electric WG-MTM, a dual-band microstrip antenna array operating at 1.86 GHz and 2.40 GHz with very low mutual coupling is designed by embedding a cross shaped array of the proposed SNG electric WG-MTM. The measured and simulated results of the designed dual-band antenna array are in good agreement with each other, indicating that the mutual coupling of the fabricated dual-band antenna array realizes 9.8/11.1 d B reductions in the H plane, 8.5/7.9 d B reductions in the E plane at1.86 GHz and 2.40 GHz, respectively. Besides, the distance of the antenna elements in the array is only 0.35 λ_0(where λ_0 is the wavelength at 1.86 GHz in free space). The proposed strategy is used for the first time to reduce the mutual coupling in E H planes of the dual-band microstrip antenna array by using ultra-compact SNG electric WG-MTM.     

用IM Microscope方法计算无源互调产物

在微波与射频无源互调的研究中，预测无源互调产物的电平是非常重要的。在IM Microscope方法的基础上进行了改进，在预测过程中直接引入输入信号经过非线性器件后输出信号的幅度和相位变化模型，给出了详细的数学模型，并实例验证了该方法的正确性。     

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%.     

一种基于CRLH传输线的圆极化微带天线

提出了一种利用复合左右手传输线(CRLH TL)来设计小型圆极化贴片天线的方法。采用在天线地板刻蚀逆开口谐振环(CSRR)实现并联电感以及在贴片中央开槽实现串联电容。由于CSRR能够有效降低+1阶模式谐振频率,因此,可以缩小天线电尺寸。同时,由于CSRR的不对称性产生的寄生模式与+1阶模式相互正交,通过调整贴片中央的圆形宽缝可以使二者幅度相等,故而形成圆极化辐射。实验结果表明:该圆极化天线电尺寸为0.389λg×0.389λg,阻抗带宽和轴比带宽分别为16.08%和1.52%,该天线用50Ω微带线直接馈电,不需要阻抗变换线和接地过孔,易于设计加工。     

一种基于分形结构的复合左右手传输线及其在小型化功分器中应用

首先提出了一种基于互补开口单环谐振器对(CSSRRP)的新型谐振式复合左右手传输线(CRLH TL)和其等效电路模型. 采用Bloch理论对等效电路进行了深入研究, 推导了CRLH TL工作于平衡态的计算公式. 通过等效电磁参数提取, 证明了该结构的负折射率与后向波传输特性. 其次在CSSRRP中引入Koch分形结构, 设计了工作于WiMAX波段的电小平衡零相移传输线. 最后基于设计的零相移传输线制作了一分四串联功分器. 对其进行测试, 测试结果与仿真结果完全符合, 从而验证了设计方法的正确性. 与传统统蜿蜒线状一分四功分器相比, 本文提出的功分器带宽有效展宽56%且尺寸缩减了42%. 基于分形CSSRRP的左手传输线必将在小型化无线通信系统中得到广泛应用.     

微波多级放大器电路拓扑优化

采用机辅扰动法（CAP法）进行微波多级放大器电路的优化设计。该方法借助计算机的快速计算和逻辑判断能力，自动设计出合理的多级放大器电路拓扑结构和满足要求的电路结构参数。利用编制的设计程序设计了一个2.5GHz-4.5GHz的两级微波放大器，并在微波电路CAD软件MicroScope上进行仿真验证，证明了这种方法的可靠性和实用性。     

新型复合左右手传输线及其在滤波器设计中的应用

开环谐振器阵列由于结构庞大, 难以实现小型化, 而逆开环谐振器则由于刻蚀在接地板上, 容易对微波电路中其他部件造成干扰. 针对上述问题, 提出了一种新型双层介质复合左右手传输线结构, 并提取了其等效相对介电常数和等效相对磁导率, 然后分析了新结构的尺寸参数对其传输特性的影响程度, 最后将一种新型Minkowski分形曲线应用于该结构, 设计和制作了两款双频滤波器, 验证了该复合左右手传输线的双频特性.     

Application of Ultra-Compact Single Negative Waveguide Metamaterials for a Low Mutual Coupling Patch Antenna Array Design

A novel ultra-compact single-negative waveguide metamaterial （WG-MTM） based on a complementary anti- parallel-spiral line （CAPAL） is proposed and investigated by circuit model analysis, electromagnetic simulation and extraction of the effective parameters. The cell is ultra-compact with dimensions of λ0/22.08 × λo/22.08, which advances a step further toward homogenized concept. Two band-gaps attributing to the negative permeability and negative permittivity appear when the CAPAL-WG-MTM cells response to the time-varying perpendicular E-field and parallel H-field, and thus a high decoupling efficiency is obtained. Mutual coupling reduction of about 8.27dB is realized by inserting 7 ×1 CAPSL-WG-MTM cells between two closely placed antenna elements with an edge-to-edge separation of only λ0/19.23. Moreover, the radiation characteristics are improved for both the patch element and the antenna array. A higher front-to-back ratio is obtained for the patch element and an increase of 0.64dB for the gain of the antenna array by using the CAPAL-WG-MTM structure.     

瞬变电磁2.5维有限元正演的程序实现过程

瞬变电磁2.5维有限单元法正演近几年发展很快,公式推导已经很成熟,但编写程序实现瞬变电磁2.5维有限单元法正演却是一个比较繁琐的过程,因为其中涉及波数范围的选择、(s,m)域一次场的计算、拉氏逆变换、傅氏逆变换等几个影响程序实现、运算速度及精度的关键技术.本文就以上几个关键点展开论述,力求比较清晰的描述瞬变电磁2.5维有限元正演程序的实现过程.使感兴趣的读者以此为基础,进一步把瞬变电磁2.5维正演做得更好.二维地电模型的中心回线装置响应的计算可以得出瞬变电磁烟圈效应,也可以使瞬变电磁勘察地质体的可行性分析由一雏上升至二维.