基于矩形贴片天线的应变测量技术

为了研究基于矩形贴片天线的应变测量技术,根据传输线模型,分析了矩形贴片天线与应变间的作用机理,明确了天线辐射单元尺寸受应变影响,可导致贴片天线中心频率发生偏移,且获得了频率偏移量与应变间的线性关系理论表达式.设计3种不同中心频率的矩形贴片天线,利用高频结构模拟器(high frequency structure simulator,HFSS)电磁仿真软件和拉伸应变检测系统,对不同应变状态下,贴片天线中心频率随应变的变化趋势进行了仿真与实验测试.仿真和实验结果表明:贴片天线的中心频率的偏移量与应变之间线性关系明显,且贴片天线的中心频率越高,应变灵敏度越大.利用矩形贴片天线作为应变传感器,可满足结构应变测量要求,为结构健康无线监测研究奠定了基础.     

一种新型零阶谐振天线小型化设计

利用负介电常数传输线结构设计了一种新型的小型化零阶谐振天线。天线采用背馈形式,消除了复杂的匹配网络,减小了天线的整体尺寸。通过嵌入4个正方形结构,在天线整体尺寸不变的情况下,进一步降低了天线的谐振频率。天线的最小谐振频率为1.95GHz,相对带宽为2.71%,与普通微带天线相比,天线尺寸减小了85%。天线的实物测试结果和仿真结果吻合良好。     

一种小型化宽带高增益Metamaterial贴片天线

利用Metamaterial概念,通过在天线贴片和接地面上分别蚀刻周期互补开裂环和条形缝隙图案,设计制作了一种小型化宽带高增益贴片天线．相比初始天线,新天线谐振中心频率降低了36.4%,带宽从2.9%扩展到39.9%,并且有低的电压驻波比．实验结果与仿真结果有较好的一致性．同时由于Metamaterial结构的左手特性影响了天线介质基底的等效媒质参数,这导致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．     

覆盖层和空气隙对微带贴片天线影响的研究

应用时域有限差分法模拟同轴线馈电贴片天线的瞬态特性,分析了具覆盖层和空气隙的微带贴片天线,提取出谐振频率结果与实验结果吻合较好。求解了带宽和辐射方向图,并讨论了介质覆盖和空气隙对天线谐振频率和辐射特性的影响。     

无应力组合贴片天线传感器温度性能模拟测试

基于组合式贴片天线的无源无线传感器可应用于结构形变的测量,但环境温度的变化会影响组合式贴片天线的电磁性能。针对环境温度变化影响天线传感器性能的问题,通过温度效应影响理论研究了材料温度系数(热膨胀)和介电常数变化(电磁场变化)对组合式天线谐振频率的影响规律,采用多物理场耦合方法对组合式贴片天线传感器进行了温度效应的数值模拟,对受热膨胀和基板介电常数受热变化的影响进行了量化分析。基于数值模拟明确了天线谐振频率变化的主要原因是基板受热导致介电常数变化,材料受热膨胀引起的谐振频率变化约为主因引起变化的20%,且为负相关。通过试验进一步研究温度对谐振频率的影响,将组合式贴片天线置于温箱中测定了温度梯度下谐振频率变化。模拟和试验结果均表明,随温度的升高,组合式贴片天线一阶纵向谐振频率增加,且具有线性关系,线性拟合系数均高于0.93,模型仿真平均增量预测误差小于20%。明确了该类组合式天线可采用线性温度补偿机制进行形变测量值的修正,为组合式天线传感器在实际工程应用中提供了技术基础。     

基于寄生耦合单元的多频段微带天线设计

通过在金属贴片边缘增加寄生耦合单元,设计了单馈点、易共形的紧凑多频段微带天线.该微带天线由地面、馈电传递单元及其两侧边缘的一个曲折线形贴片寄生耦合单元和一个T形贴片寄生耦合单元组成.天线的谐振频率和带宽由2个寄生耦合单元的结构尺寸以及寄生单元与馈电传递单元之间的相互耦合共同确定,可以通过调整寄生耦合单元的结构参数独立调整各谐振频点.通过计算电磁学软件分析了各结构参数对谐振频率的影响,并仿真了一种典型情况的天线,其工作频段为0.972~0.988 GHz、2.178~2.27 GHz和3.293~3.356 GHz.该天线仿真和测试结果符合得很好,验证了可通过单馈点激励多个寄生耦合单元的方法有效地设计多频段天线.     

太阳能电池作为天线辐射体的RFID标签天线的设计

利用HFSS v12软件设计了一种太阳能电池作为天线辐射体的RFID电子标签天线.利用太阳能电池的射频特性,将太阳能电池作为天线的辐射贴片.因此太阳能电池既可以提供能源,也可以发送和接收电磁波;提出的天线为多层结构,采用H形缝隙耦合馈电方式,可以较容易实现宽频谐振以及天线与芯片的阻抗匹配;给出了该天线的仿真结果,仿真结果表明天线性能良好,满足RFID应用要求.     

钻孔雷达定向天线仿真与设计

采用分布介质加载和集中电阻加载宽带小型化技术, 设计了一个四方向的定向天线. 天线中心频率处方向图前瓣增益比后瓣增益大28dB, 天线主瓣增益为5.4dB, 天线辐射的前向与后向时域脉冲波形峰峰值之比大于3, 时域电场脉冲波形拖尾小于主峰幅度1/5. 通过全向、定向钻孔雷达天线进行联合仿真, 结果表明天线定向效果明显. 为了验证天线性能, 实际加工制作了仿真的天线, 并进行测试, 测试得到的天线S11与仿真结果吻合.     

结构型吸波材料在阵列天线RCS减缩中的应用

天线雷达散射截面(RCS)减缩时需要保证天线的基本辐射性能,这使得其带内的RCS控制变得十分困难．为此,提出了利用结构型吸波材料实现阵列天线的带内RCS减缩．结构型吸波材料由矩形金属贴片和相邻贴片之间的加载电阻构成,阵列天线为1×4的微带贴片天线阵,并将吸波材料排列在阵列天线单元之间．仿真和实测结果表明,当阵列单元之间加入结构型吸波材料后,阵列天线的辐射性能基本保持不变,阵列天线的带内RCS能获得9dB以上的减缩．     

L形探针耦合馈电E形层叠微带天线

设计了一种L形探针耦合馈电的宽频带E形层叠微带天线.通过在具有双峰谐振特性的E形贴片天线上方加载寄生元,构成三峰谐振特性,进一步展宽天线带宽;采用L形探针对E形贴片进行耦合馈电,避免了普通探针馈电引入附加电感的缺陷,从而提高天线的辐射效率.对提出的天线进行仿真设计及优化,实现了37.8％的阻抗带宽(VSWR＜ 2),带内增益＞7.6dBi,平均增益达到8.7dBi,交叉极化隔离度＜-52 dB.     

具覆盖层微带贴片天线的时域有限差分法分析

采用时域有限差分法模拟了具有覆盖层微带贴片天线的瞬态特性 ,为实现含多种介质复杂结构天线的分析应用理想匹配层吸收边界条件和网格共形技术模拟同轴线的馈电 ,求解出与实验结果有极好的吻合的谐振频率 ,并进一步求解辐射方向图 ,讨论了不同介质覆盖和空气隙对微带贴片天线谐振频率和辐射特性的影响 .     

一种高增益扇形微带贴片天线的设计

贴片形状是影响微带贴片天线性能的主要因素,通过仿真设计了一种高增益扇形微带贴片天线。扇形微带贴片天线采用同轴馈电方式,通过有限元法对扇形微带贴片天线在不同参数下的性能进行对比研究。仿真结果表明:扇形微带贴片天线的谐振频率、回波损耗等性能参数符合设计要求,天线的回波损耗小于-10d B。通过对比扇形微带贴片天线在不同尺寸下得到的天线增益,可以得出结论扇形微带贴片天线最高增益为9.17d B,比普通微带贴片天线的增益高了约4d B。     

基于集总电容加载技术的小型化槽天线研究

提出了一种加载集总电容的小型化槽天线设计方案,首先给出该槽天线的物理结构和对应的等效传输线模型;其次依据电路模型推导出容性加载槽天线的谐振条件;然后由理论分析表明加载集总电容的槽天线具有更低的谐振频率,所提出的容性加载槽天线实现了小型化效果;最后通过建立电磁仿真和电路板制作验证方案的可行性。采用以上方法设计了一个中心频率为900MHz、带宽为5.4%、增益为4.24dBi的小型化槽天线。传输线模型、电磁仿真与实物测量结果表明,通过加载集总电容设计的槽天线体积比未加载电容的槽天线体积减小了42%,有效地实现了槽天线的小型化。     

基于左手材料的微带贴片天线

为实现微带天线的小型化,提出了一种基于左手材料的微带贴片天线。该天线在普通贴片天线底板上加载左手结构,利用左手材料的相位补偿特性,突破了传统微带天线的半波长限制,实现了微带天线的小型化设计。利用电磁仿真和实验分析了天线的性能,实验结果表明,加载左手材料结构的微带贴片天线的电性能优于传统贴片天线,且尺寸仅为传统天线的67.5%。     

基于BP神经网络矩形微带天线谐振频率预测

谐振频率是微带天线的重要技术指标,建立合适的数学模型以获得微带天线精确的谐振频率,在微带天线的设计中至关重要,通过BP神经网络建模的方法对天线谐振频率进行预测.以一款谐振频率为2.4 GHz的矩形微带天线为分析算例,通过HFSS软件的仿真计算,获取了大量的天线样本,在此基础上建立了矩形微带天线的BP神经网络模型,并预测出不同结构参数下5个矩形微带天线的谐振频率.再将这5个天线的结构参数输入HFSS软件,用HFSS软件对这些天线进行仿真得到其谐振频率,比较结果证明采用BP神经网模型预测得到的天线谐振频率与HFSS仿真结果间误差很小,说明神经网络预测得到的天线谐振频率有效,本文的设计方法可行,效果良好.     

对集中匹配电路加载天线的扩展FDTD场路协同计算

扩展FDTD（Finite-Difference Time-Domain,时域有限差分）算法将流过集总元件的电流密度加入到麦克斯韦旋度方程中,以迭代计算方式实现对电磁场和电路混合系统的协同计算。本文介绍了扩展FDTD的原理和嵌入不同集总元件的迭代公式。以一款馈电端口加载有集中匹配电路的微带双偶极子天线为例,采用扩展FDTD算法仿真了该天线和匹配电路混合系统,仿真中通过将微带馈线直接插入CFS-PML（Complex Frequency Shifted Perfectly Matched Layer,复数频率偏移完全匹配层）,以两次FDTD运算提取了该混合系统的S11参数。加工制作了该加载天线并进行了实验测试,结果表明：基于扩展FDTD的协同计算和实验测试结果吻合良好,协同计算准确地获取了加载集中匹配电路后,微带偶极子天线的谐振频点偏移和S11曲线变化。     

利用开槽和短路探针加载减缩微带天线RCS

提出利用开槽和加载短路探针等微带天线小型化技术,降低天线谐振频率,减小天线尺寸,抑制天线结构项散射从而实现天线雷达散射截面(RCS)减缩．在微带天线上应用此方法所得的仿真结果表明,使用该方法后天线工作频带内的RCS可降低4dB左右,而天线的增益下降不到0.4dB,从而保证天线的辐射性能的同时,明显地减小了工作频带内天线的雷达散射截面．     

2．4GHz四单元微带贴片天线阵的设计与仿真

为满足2.4 GHz ISM频段无线宽带定向通信要求,设计了一种口径耦合的小型四单元短路贴片天线阵,采用短路面加载辐射贴片,使单元贴片天线长度缩小一半,仿真结果表明,天线阵工作于ISM频段2.42～2.4835 GHz,增益达到11.5 dBi.同时设计了加反射板的宽频带四单元平面单极天线阵,天线中心频率为2.4 GHz,|S11|<-14 dB为500 MHz,相对带宽是20 %,增益达14.7 dBi.     

一种双U形缝隙加载的分形多频天线

结合分形结构和加载缝隙的特性,提出一种多频段天线的设计方法。通过在具有分形结构微带天线的接地板上加载双U形缝隙,在单层微带天线上实现了多频段工作。分形结构的应用,降低了天线的谐振频率,该天线尺寸是未加分形天线尺寸的52％。在接地板加载双u形缝隙,改变了天线的电流路径,通过改变U缝隙的参数,可以灵活调整天线的谐振频率。根据天线设计的思路,通过分析、仿真及实测表明,该天线能工作在GSM900／GPS／DCS1800／TD-SCDMA4种网络模式下。     

基于ATP-EMTP对中性点直接接地系统铁磁谐振的仿真和消谐措施研究

针对中性点直接接地系统的铁磁谐振,在ATP-EMTP下分别对其仿真模型、算法以及波形进行了仿真分析,并对消谐电阻阻值的选择进行了仿真。为了提高消谐电阻的阻值,采用阻容消谐的方法。仿真结果表明,该方法提高了消谐电阻的阻值,即降低了流过PT的电流。最后采用了速饱和电抗器并联电阻的阻尼器的方法,仿真结果表明,该方法提高了消谐电阻的阻值,保护了PT。