利用加载技术设计对数周期天线及其结果分析

为实现对数周期天线（LPDA）小型化,顶端电容加载了LPDA的偶极子,通过对加载电容偶极子的仿真实验,分析了其各个参数对天线性能的影响。并以此为依据,给出了工作频率在200MHz~600MHz的,以加载电容偶极子为基本单元设计的LPDA模型,由仿真结果可知,各项性能指标良好,而且天线尺寸有了明显的减小,为宽带小型化天线提供了一种设计思路。     

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. 03λ_0@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. 5λ_0@2. 9 GHz)的环天线可获得的阻抗带宽约为1 GHz (2. 4～3. 4GHz,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.     

基于复合左右手传输线的天线小型化研究

利用周期加载串联电容和并联电感的左右手传输线结构设计了四元小型平面偶极子天线,它具有随着频率降低波长也会减小的独特性质,对天线进行了仿真和测试,短偶极子天线工作于n=-1(484 MHz),|S11|<-10dB相对带宽是2%,在自由空间的长度是0.19波长,仿真增益为2.2 dBi.同时对多元左手偶极子也进行研究,结果表明,这类结构的天线能在短波超短波段实现小型化.     

嵌入钢壳的共形微带天线设计

针对安装空间受限且需要与安装壳体共形的需求,设计了一种工作于2.4 GHz频段的圆环形微带贴片天线.利用Ansoft HFSS软件建立了天线及其安装壳体的模型,通过仿真分析确定了天线的外形尺寸以及加载电阻的阻值.仿真结果表明:辐射贴片的外形尺寸与天线的谐振频率密切相关,尺寸增大会使谐振频率明显下降;增大加载电阻的阻值可有效降低天线的谐振频率;嵌入钢壳后天线的谐振频率提高了4.2%.利用矢量网络分析仪对天线嵌入钢壳后的特性进行了实测,测试结果与仿真结果吻合良好.     

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%。     

基于半波长槽线的宽带带通滤波器设计

提出了一种基于半波长槽线的宽带带通滤波器的设计方案。首先给出该种滤波器的物理结构和对应的等效传输线模型;其次依据电路模型进行理论分析,从预先确定的电路响应特性推导出带通滤波器的电参数;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3GHz、频带宽为100%的宽带带通滤波器。传输线模型、电磁仿真与实物测量结果表明:该方案准确快速,可显著缩短滤波器的设计周期,并实现滤波器的宽带宽和低插入损耗特性。     

基于负相移特性的复合左右手传输线功分器小型化设计

针对传统方法设计的基于复合左右手传输线的双谐振小型化功分器,当功分器的两谐振频率点之比f2/f1(f2>f1)小于3时,复合左右手传输线长度大于四分之一波长,达不到功分器小型化设计要求的问题,根据左手传输线负相移特性,提出了使复合左右手传输线任意2个谐振频率点的相移分别为-π/2和π/2的方法。该方法可使两谐振频率点之比f2/f1小于3时的传输线长度小于四分之一波长。仿真结果表明,改进型功分器的尺寸比传统功分器的尺寸减小约26.4%。     

小型化短波天线及其频带扩展方法

为了克服短波天线小型化引起的带宽变窄的问题,提出了一种类似于电偶极子的新型小型化半球线栅结构的短波天线.该天线结构简单,馈电方便.最大尺寸3.6 m,是低频波长的3.6%,高频波长的36%.利用CST MWS软件进行仿真并制作了缩比模型.仿真和测试结果表明,该天线能够在不加载、不用匹配网络的情况下相对阻抗带宽达到40%,并且兼顾了增益与效率.继而研究了通过加载集总元件扩展天线频带的方法,并进行了仿真和实验验证.     

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。     

小型化微带缝隙可重构天线

提出了一种小型化频率电调微带缝隙天线,通过在螺旋缝隙上加载PIN开关二极管,实现了良好的频率可调特性．谐振缝隙采用平面螺旋结构,天线结构更加紧凑,尺寸较传统直缝隙天线减小了40％．由于开关直接加载于辐射很弱的螺旋非辐射缝隙,天线电调特性对开关性能的敏感程度显著降低,更容易实现频率重构特性．     

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。     

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．     

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。     

一种直接计算ATEM传输室谐振频率的简单方法

提出一种新的半解析方法，分析并计算了非对称横电磁波传输室谐振频率，通过计算等效为终端开路和短路的非均匀传输线的谐振频率计算了非对称横电磁波传输室谐振频率。采用矩量法计算了中间过程的电容分布和沿传输线的特性阻抗。通过解传输线阻抗转移公式和终端输入阻抗的气隙电容表达式的联立方程得出了数值结果。     

频率可控的小型化四频带滤波器设计

提出了一款新型平面四频带滤波器。首先设计了一个频率可控的四模谐振器,当外接激励时,该谐振器产生4条不同的谐振路径,通过控制4条不同谐振路径的长度,实现了对4个频带的独立控制。由于4条不同谐振路径共用了一段微带传输线,即有一段公共的传输路径,从而实现了滤波器小型化的目的。然后利用该谐振器设计了一款频率独立可控的小型化四频带滤波器。该滤波器尺寸为0.1λg×0.11λg(11.2mm×11.7mm),4个通带的中心频率为1.6/3.5/5.0/7.2GHz,回波损耗小于15dB。6个传输零点增加了滤波器的频率选择性和带外的频率抑制水平,测试和仿真结果吻合。     

丝网印刷柔性薄膜天线力电性能表征

为降低天线结构重量、提高天线与结构一体化效率,制备了一种可卷曲且易与结构共形的柔性薄膜天线.基于天线基本理论和丝网印刷工艺技术设计并制备了薄膜微带准八木天线.将薄膜天线辐射层看作颗粒增强复合材料,利用Mori-Tanaka复合材料细观力学方法预测其有效弹性模量,与拉伸叠加法结果吻合良好.基于内聚力模型,利用ABAQUS有限元分析软件模拟了薄膜天线基体/辐射层在90°剥离条件下的界面剥离过程,揭示了天线基体与辐射层之间界面破坏机理,得到薄膜基体/辐射层的界面剥离强度,通过90°剥离实验验证了内聚力模型的有效性.有限元得到的剥离强度为64N/m,与实测值误差为8.11%,吻合良好.最后,仿真和实验研究了柔性薄膜天线的反射系数和辐射方向图性能,仿真得到的薄膜天线谐振频率为3.02GHz,与实验谐振频率误差为2.37%,且在谐振频率处阻抗匹配良好.结果表明:本文设计制备的柔性薄膜天线具有良好的力学和电磁性能,在航空航天轻量化结构中有广泛的应用前景.     

加载惠更斯超表面相移层的高增益谐振腔天线设计

针对谐振腔天线因口径场相位分布不均匀引起的增益较低问题,设计了一款惠更斯超表面相移层,并将其加载到谐振腔天线上,用于修正谐振腔天线口径场的不均匀相位分布,从而实现高增益。该惠更斯超表面由平行和垂直于波传播方向的两组开口谐振环组成。两组开口谐振环分别与入射电磁波的磁场和电场谐振响应,从而影响电磁波的反射与透射性能。通过分别调节两组开口谐振环的尺寸,可以得到不同的电场与磁场谐振强度,从而实现超表面相移层的快速设计。为验证方法的有效性,设计了一款工作频率5.8 GHz的惠更斯超表面相移层,并将其应用于一款直径为180 mm的圆柱型谐振腔天线。对加载惠更斯超表面相移层的谐振腔天线进行了加工实测,其实测结果与仿真吻合良好。仿真和实测结果表明：所设计的相移层具有360°的相移范围,且透射系数幅值大于0.99;通过加载惠更斯超表面相移层,谐振腔天线的口径场相位分布更加均匀,其增益从原有的14.90 dB增加至18.31 dB,口径效率从25.9%提高至56.7%。     

使用T型结构的紧凑型电感耦合滤波器设计

提出了一种使用T型结构的紧凑型电感耦合滤波器,理论分析表明,使用这种由传输线中央加载容性电纳的T型结构来替代传统传输线,在不影响滤波器响应的同时可以有效地缩减滤波器的尺寸,获得电路结构的小型化.基于这一原理,笔者设计了一个三阶切比雪夫型电感耦合带通滤波器,仿真结果表明:T型结构不仅可以完美地满足滤波器设计要求,同时还可以使结构更加紧凑.     

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 d B阻抗带宽为21. 7%,并在工作频带内保持6 d Bi的辐射增益.