全向及定向圆极化天线的小型化研究

本文提出了两种分别应用于全向以及定向圆极化天线的小型化设计.这两种天线设计方案是基于电偶极子与磁偶极子的有机结合.全向圆极化方向图具有很广的覆盖范围及避免极化失配的特点,非常适合应用于移动物联网以及卫星间通信等.对于两组水平放置的电磁偶极子,如果采用等幅激励且相位相差90°,会产生全向的圆极化方向图.本文介绍了一种工作在下一代移动通信28 GHz频率的呈车轮形的紧凑全向圆极化天线.整个天线印刷在直径仅4 mm的圆形介质板上,且具有宽带高效率等良好电器特性,非常适合应用于5G小型化移动通信终端.定向圆极化天线具有高增益且避免极化失配的特点,广泛应用于卫星移动通信终端中.两组正交放置的电磁偶极子如果等幅且同向激励,会产生定向呈心形的辐射方向图.本文还介绍了一种电小且高辐射效率的惠更斯天线,该天线有机结合了两个电小的辐射单元,形成结构紧凑的定向圆极化天线,非常适合卫星通信以及无线能量传输等应用.     

一种新型小型化宽带平面全向天线

在传统圆形单极子平面天线的基础上引入了Wilkinson功分器、渐变型微带馈线和瓶状接地板结构，设计了一款3.4~7.4 GHz频段的新型小型化宽带平面全向天线.通过引入Wilkinson功分器来改善天线方向图不圆度，较好地实现全向辐射；天线背面采用瓶状结构的金属接地板，达到了良好的阻抗匹配效果.结果表明：该平面全向天线驻波比小于2的阻抗带宽为4 GHz，中心频点5.4 GHz处的增益为3.35 dB，中心频点5.4 GHz在天线辐射方向的不圆度小于3.50 dB，整个阻抗带宽内的增益为2.3~3.35 dB，仿真结果与实测结果基本吻合.     

一种新型的低剖面定向45°线极化水天线

本文提出了一款具有高前后比的45°线极化水天线.天线利用电偶极子作为馈电结构,实现了边射的辐射特性.通过减小电偶极子与地板之间的距离,能量被束缚在电偶极子与地板之间,减少了水介质损耗所引起的能量.天线的反射系数在828~873 MHz频段内小于-10 dB.在整个工作频段内,天线的增益在7.73 dBi左右,辐射效率达到了70%以上.     

低剖面紧凑的圆盘加载单极子天线

本文介绍了一种低剖面小型化圆盘加载单极子天线.通过盘加载的方式,在中心频率5.8 GHz处,首先将单极子天线的剖面从大约12.9 mm（0.25λ₀）降低到2 mm（0.039λ₀）,实现了低剖面的特性.加载在单极子天线上方的圆盘,尺寸大概为21 mm（0.41λ₀）,因此天线具有结构紧凑的特点.接着,为了使天线具有良好的匹配,在加载圆盘四周加入4个接地通孔,并且在馈电端口加入集总电感.最终,天线在中心工作频率5.8 GHz处实现了反射系数-15 dB的匹配性能.     

基于互补源的紧凑型圆极化倾斜波束天线

本文提出一种结构紧凑且固有倾斜辐射波束的圆极化天线.通过使用一对正交的互补源,将在俯仰面的倾角方向上产生圆极化波.为了验证方法的可行性,该天线主要由扇形的单极子、短路钉和L型的接地板组成.短路钉一端连接单极子天线,另一端连接接地板的水平部分,从而形成一个环路辐射单元.研究结果表明：该天线的最大辐射增益在θ=60°,φ=90°的方向上,具有6.2%左右的3 dB轴比工作带宽.同时,相较于现有的倾斜波束圆极化天线,它的结构更加紧凑,适用于小型化的设计需求.     

基于支节容性加载的小型化低剖面超表面天线

本文对容性支节加载的小型化超表面天线进行了分析与设计.通过在方形贴片上引入一对容性负载支节,可以有效地降低超表面单元的工作频率,从而将传统方形贴片超表面单元的尺寸减小55%.在单元设计的基础上,设计了一款4×4阵列的超表面天线,并采用特征模分析（CMA）解释了超表面天线的辐射机制.为了验证设计思路,对天线进行了加工和测试,测量的-10 dB阻抗带宽为21.7%,并在工作频带内保持6 dBi的辐射增益.     

基于特征模理论的低剖面MIMO立方体天线

基于特征模理论,给出了一种适用于室内环境的16端口多输入多输出（MIMO）立方体天线设计.首先利用特征模理论在对一个矩形金属片进行模式分析的基础上,同时激励金属片的不同模式,设计了一款工作于5.150~5.875 GHz的高隔离度的4端口MIMO天线单元,并引入人工磁导体（AMC）表面代替原天线的地板,大大降低了天线的剖面.进一步地,围绕立方体环绕一周组成4×4端口的MIMO立方体天线,在较小的空间内实现了天线的多端口与多极化.仿真和测试结果表明：天线在5.150~5.875 GHz频段内端口反射系数S_ii<-10 dB,端口间隔离度|S_ij|>20 dB.     

基于负μ传输线的电偶极子和环天线设计

负μ传输线是一种通过串联电容加载来获得等效负磁导率的人工电磁材料,利用其零传播常数的性质,可以设计具有无限大波长且谐振频率与尺寸无关的谐振器,从而实现天线的小型化和宽带化.本文以基于分段线结构的负μ传输线为例,分别设计了具有宽带特性的电偶极子和环天线.测试结果表明长度为107 mm（1.03λ₀@2.9 GHz）的电偶极子可获得的阻抗带宽约为1.4 GHz（2.2~3.6 GHz,48%）,并且该天线在工作带宽内具有稳定的E面方向图.直径为52 mm（0.5λ₀@2.9 GHz）的环天线可获得的阻抗带宽约为1 GHz（2.4~3.4 GHz,34%）,并且环上具有均匀的电流分布,从而具有磁偶极子的辐射特性.测试和仿真结果吻合较好.     

一种超宽带高增益对踵Vivaldi天线

本文设计了一种带宽3.3~40 GHz的新型超宽带高增益对踵Vivaldi天线,该天线介质板两侧采用相同的辐射结构,由一个微带线和两条指数型槽线构成.在天线辐射方向添加一块梯形结构介质板,将天线正反两面的表面电流限制在天线辐射方向,既可以矫正E面方向图的增益峰值偏移角度,也可以提升天线辐射强度.实测结果显示,3.3~40 GHz带宽内的驻波比均小于2,倍频带宽大于12,增益为1.0~12.6 dB.该天线的E面方向图对称性好,天线的交叉极化比小,且易于设计、成本低廉,在超带宽、高增益的天线领域具有较高应用价值.     

基于TM50模的高增益贴片天线

本文提出了一个基于TM₅₀模的高增益方形贴片天线.在TM₅₀谐振模式下,天线表面会有2段与辐射边缘相反的电流,通过在天线表面开槽,可使贴片表面的2段反相电流各自形成回路,从而很好地去除TM₅₀模的4个旁瓣.与此同时,由于削弱了反相电流,开槽后的天线是由3段同相电流叠加而成,这就等同于3个工作于TM₁₀模的天线单元共同作用的效果.通过调节槽型缝隙,天线单元最大增益可达到13.3 dB.     

星载测雨雷达探测频段选择仿真研究

在星载测雨雷达必须满足的3个基本条件的基础上,开展了风云三号(FY-3)星载测雨雷达最佳波段组合的研究.文中将高精度GCE(Goddard cumulus ensemble)模式中BOB飓风资料的大气廓线和水凝物廓线作为三维Quickbeam气象雷达模拟软件的输入,分别模拟了5、10、14、35和94 GHz 5个频点...     

环境WiFi能量采集系统的匹配网络与整流电路设计

设计了一款针对WiFi信号的环境能量采集系统,工作频率范围从2.4 GHz到2.485 GHz.该系统采用了4倍压整流电路,并设计了从天线到整流电路的宽带匹配电路,提升了能量采集的效率.设计的宽带匹配电路在WiFi工作频率范围内,S₁₁均小于-10 dB.整流电路可将采集信号增加4倍,能有效提高RF-DC转换效率.测试结果表明,所设计的电路达到了设计要求,在-10 dBm的输入功率下,达到了40%的RF-DC转换效率,并使超级电容在30 min内采集到了257 mV的电压.     

基于波导结构的紧凑型电介质加载双极化天线研究

本文提出了一款基于波导结构的紧凑型电介质加载双极化天线.通过采用在传统波导内加载电介质材料的方法,可以有效减小波导尺寸,从而达到天线小型化的目的.针对波导结构口径天线高后瓣辐射的问题,本文提出了一种在波导金属壁上添加矩形槽孔的方法,该方法的原理不同于扼流环结构.相比之下,矩形槽孔具有结构简单、尺寸小、加工方便等优点.通过电磁场全波仿真分析,可以发现所提出的天线具有阻抗带宽宽（大于40%）、增益高（8.6±0.6 dBi）、辐射性能稳定等优点,有很大的潜力,可以应用在如卫星通信等X波段的各种应用场景中.     

地基微波辐射计工作环境对K波段亮温观测影响

该文研究地基微波辐射计天线性能及其工作环境对K波段20~30 GHz亮温观测数据的影响,根据辐射传输理论和天线性能参数分析建立模型,通过模拟计算给出辐射计20~30 GHz波段亮温观测对天线性能及其工作环境的响应,提出针对工作环境温度变化影响的订正方案,并结合观测资料进行分析验证。结果表明:如果辐射计天线增益和3 dB波束宽度决定的等效主波束效率η_e较低,则即使在能够经常进行辐射计系统液氮定标的情况下也必须考虑天线工作环境 (环境温度与辐射计定标时的情景差异) 对K波段亮温观测的影响。对某一辐射计液氮定标后1年多观测资料的订正验证表明:订正效果明显,尤其是在28.0 GHz和30.0 GHz两通道。     

从118.75 GHz附近六通道亮温反演大气温度廓线的数值模拟研究

为了能在静止气象卫星上实现微波被动遥感探测大气温度廓线,并保持一定的地面空间分辨率(如视场小于60 km),就需要使用高频微波及大天线.欧洲和美国下一代静止气象卫星上都已考虑采用118.75 GHz附近通道.为了充分了解118.75 GHz附近通道遥感反演温度廓线的能力,为仪器研制及今后资料的解释反演提供必要的基础数据,作者开展了采用118.75 GHz附近六个通道遥感反演大气温度廓线的数值模拟研究.统计反演的数值试验表明,118.75 GHz附近六通道对温度垂直分布有一定的遥感反演能力;温度反演较好的层次对应于权重函数峰值所在的位置.