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超宽带天线小型化技术及其在宽带平面反射阵列天线中的应用研究

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超宽带天线小型化技术及其在宽带平面反射阵列天线中的应用研究

作者：闵鸣南京理工大学

学位级别：硕士

随着无线通信技术的飞速发展,通信系统对天线的小型化、平面化和宽带化的要求越来越高。超宽带通信具有传输速率高、系统容量大、抗多径能力强、功耗低和成本低等优点,而超宽带天线特别是超宽带天线小型化技术成为当前学术界和业界的研... 详细信息

随着无线通信技术的飞速发展,通信系统对天线的小型化、平面化和宽带化的要求越来越高。超宽带通信具有传输速率高、系统容量大、抗多径能力强、功耗低和成本低等优点,而超宽带天线特别是超宽带天线小型化技术成为当前学术界和业界的研究热点同时也是研究难点。另外,在远距离通信系统中需要高增益定向天线,一般采用抛物面天线或微带阵列天线。但是传统的抛物面天线体积较大,机动性差;而微带阵列天线复杂的馈电网络会导致损耗较大,影响天线的增益和效率;反射阵列天线解决了二者的不足,具备重量轻、效率高、体积小和成本低等优点。本文首先研究了超宽带天线小型化的设计方法,据此设计了小型化超宽带平面偶极子天线。其次,针对传统反射阵列天线工作带宽较窄的问题,探索并尝试将宽带天线小型化技术运用在反射阵列天线单元设计中,成功拓展了反射阵列天线的带宽,本文主要内容安排如下:1.研究了利用凹形臂加载技术实现超宽带天线的小型化设计。通过凹形臂的加载,能够使其与偶极子天线一侧产生电磁耦合,在低频端产生新的谐振点,从而拓展了超宽带天线的低频带宽,即实现了超宽带天线的小型化。测试结果表明,本设计天线相对带宽为133%（2 GHz-9.9 GHz）,尺寸为0.28λ×0.28λ（λ为2 GHz时的自由空间波长）。2.研究了凹形臂加载技术在反射阵列天线中的应用。在10 GHz设计频率下,通过在开槽矩形贴片单元两侧加载凹形臂的方法为单元引入新的谐振点,扩展了相移范围,并通过调节优化结构参数使相移曲线更加线性,从而拓宽了天线的带宽。测试结果显示天线在10 GHz处的增益为25.7 d Bi,口径效率为65%,1-d B增益相对带宽为32%。3.研究了对称切半小型化技术在反射阵列天线中的应用。将开槽矩形贴片单元沿着其几何对称轴切半,单元网格周期也随之减半,切半后的单元性能未有较大变化,并通过优化单元的结构参数实现较为线性的相移曲线,实现宽带性能。此方法可以在相同的口径面尺寸下分布更多的天线单元,提高阵列面的口径利用率,从而提高天线的性能。天线的仿真结果显示,其1-d B增益相对带宽为43.2%,在10 GHz处口径效率为64.5%。

关键词：超宽带天线微带偶极子天线天线小型化宽带反射阵列天线

基于超材料的天线小型化及相控阵栅瓣抑制研究

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基于超材料的天线小型化及相控阵栅瓣抑制研究

作者：张静芳东南大学

学位级别：硕士

随着科技的不断发展,人们对设备轻量化、低成本和高集成度的要求越来越高。因此,天线小型化设计,以及相控阵天线的栅瓣抑制一直是天线领域中的研究热点。本文研究了人工表面等离激元(SSPPs)在天线小型化,以及超表面在相控阵天线栅瓣抑... 详细信息

随着科技的不断发展,人们对设备轻量化、低成本和高集成度的要求越来越高。因此,天线小型化设计,以及相控阵天线的栅瓣抑制一直是天线领域中的研究热点。本文研究了人工表面等离激元(SSPPs)在天线小型化,以及超表面在相控阵天线栅瓣抑制方面的应用。主要研究内容如下:(1)设计了一款基于人工表面等离激元的小型化圆极化环形缝隙天线。SSPPs由于具有慢波特性能实现器件的小型化,本文通过在槽线上加载周期性凹槽构成SSPP结构,并将该结构应用于传统圆极化环形缝隙天线中,使得天线工作频率降低,从而在维持良好辐射性能的同时实现天线等效面积36.2%的缩减。(2)研究了一种利用超表面实现相控阵栅瓣抑制的方法,并通过无源超表面初步验证了该方法的可行性。在天线单元间隔0.6个波长的相控阵上加载具有特定相位分布的无源超表面调控电磁波束能量,使得在H面波束扫描的一维相控阵实现俯仰角38°到50°间的栅瓣抑制,二维相控阵实现E面俯仰角31°到50°间和H面俯仰角41°到52°间的栅瓣抑制,相应地主瓣增益得到提高,增益波动减小。(3)设计了一款能在更大角度范围内抑制相控阵栅瓣的透射型有源编码超表面。通过调控PIN二极管的状态切换有源超表面的两种编码方式,实现一维相控阵在H面内无栅瓣的波束扫描范围由-40°到40°扩大至-50°到50°,增加了25%,并改善了增益波动。

关键词：人工表面等离激元超表面天线小型化栅瓣抑制

超材料等效电磁特性及其在微带天线小型化中的应用基础研究

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超材料等效电磁特性及其在微带天线小型化中的应用基础研究

作者：谢正鹏云南大学

学位级别：硕士

随着无线通信系统的不断更新与升级,以及在商业、医学、军队和航天领域的需求,传统的天线必须向小尺寸、宽频段、优越的性能以及高增益方向发展。小型化的技术包括了材料的加载,改造天线的形状和叠层技术,以及在接地板上采用DGS结构、... 详细信息

随着无线通信系统的不断更新与升级,以及在商业、医学、军队和航天领域的需求,传统的天线必须向小尺寸、宽频段、优越的性能以及高增益方向发展。小型化的技术包括了材料的加载,改造天线的形状和叠层技术,以及在接地板上采用DGS结构、刻蚀技术和超材料的引入。本文主要工作是利用超材料的电磁特性来达到小型化这样一个目的并且拓展天线的带宽。超材料是具有优越独特性能的新型材料,已成为将传统天线小型化的最主要的途径之一,因其成功的打破了我们通常所设计的传统天线半波长尺寸的限定。文中的主要工作如下:(a)分析了超材料研究现状,基于二端口等效电路模型,讨论了超材料谐振单元结构的基本电磁理论,分析开口环的谐振频率,并从S参数提取出我们所需超材料的等效磁导率和等效介电常数。(b)讨论超材料结构单元与等效介电常数和等效磁导率之间的关联,并设计了一种的超材料结构单元,将其加载至传统微带天线,降低了其谐振频率,从而实现天线小型化。(c)将本文中设计的超材料阵列结构加载至传统微带天线中,仿真结果显示,在保持工作频率幅度几乎不变的条件小大幅度减小天线的几何尺寸,小型化比例可高达48.4%。(d)在我们所设计的超材料天线的基板和接地的接触面之间增加空气层,在保持谐振频率基本不变的条件下,有效的增大了微带天线的带宽,仿真结果表明拓展后的带宽达到了 3.98%,是原天线的6倍。(e)采用缺陷接地结构(DGS)实现微带天线的小型化,相较于传统天线,DGS天线的每个谐振点减小率均达到34%以上,第一个谐振点的带宽达到了 3.84%,并且大大的降低了回波损耗,并且制作了实物,仿真结果与测试结果吻合良好。

关键词：微带天线超材料天线小型化宽带三频缺陷接地结构(DGS)

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基于遗传算法的微带天线小型化研究

基于遗传算法的微带天线小型化研究

作者：王瑞哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

微带天线的小型化已成为现代通信、导航、定位、电子对抗等领域的研究热点之一。目前,国内外研究者已经提出了很多关于微带天线的小型化的实现方法,包括采用特殊材料、特殊结构或附加有源网络等。其中,在贴片表面加载槽缝是一种简单易... 详细信息

微带天线的小型化已成为现代通信、导航、定位、电子对抗等领域的研究热点之一。目前,国内外研究者已经提出了很多关于微带天线的小型化的实现方法,包括采用特殊材料、特殊结构或附加有源网络等。其中,在贴片表面加载槽缝是一种简单易行而且形式多样的好方法。当在贴片表面开不同形式的槽或细缝时,切断了原来的表面电流路径,使电流绕槽边曲折流过而路径变长,在天线等效电路中相当于引入了级联电感。由于槽很窄,它可模拟为在贴片中插入一无限薄的横向磁壁,从而加大了天线有效辐射部分的相对电尺寸。缝隙的形式可以随着贴片外形和馈电形式的变化而改变,部分形式还具有实现双频和展宽频带的作用。本文以全球定位系统(Global Positioning System,简称GPS)接收机微带天线单元为研究对象,探讨了三种高介电常数缝隙加载正方形贴片的天线特性,分别是斜缝,T形缝和L形缝。研究中采用CST MICROWAVE STUDIO进行了仿真,并进行实物测量,结果吻合得很好,证实了几种缝隙的加载能够有效减小贴片尺寸。但是缝隙的尺寸和加载位置对天线性能的影响是十分复杂的。一般来说,缝隙长、宽的增加可使谐振频率点降低,而较大的缝宽也降低了贴片的有效辐射面积,使增益降低,所以需要折衷协调。本文利用遗传算法并结合CST软件的VBA宏语言,对另一种微带天线的缝隙尺寸进行了优化,使天线各项性能指标比较合理,优化和测量结果显示其实用性较好。

关键词：微带天线天线小型化缝隙加载遗传算法

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曲折臂形式的阿基米德螺旋天线小型化研究

微波学报 2009年第2期25卷 53-57页

作者：宋朝晖李红梅杨汉瑛邱景辉哈尔滨工业大学哈尔滨150001 北京电子技术应用研究所北京100091

把阿基米德螺旋天线的天线臂设计成曲折线的形式,以延长天线臂的电长度,从而达到小型化的目的。对几种不同折线方式的天线进行了仿真,选取一种最佳形式,对其进行了优化,并给出了一种宽频带双面微带线巴伦的设计方法。仿真与实验结果表... 详细信息

把阿基米德螺旋天线的天线臂设计成曲折线的形式,以延长天线臂的电长度,从而达到小型化的目的。对几种不同折线方式的天线进行了仿真,选取一种最佳形式,对其进行了优化,并给出了一种宽频带双面微带线巴伦的设计方法。仿真与实验结果表明：在0.8～4.0GHz频段,与经典阿基米德螺旋天线的结果相比,天线的口面面积减小27%时,仍具有良好的阻抗特性、轴比特性和增益特性。

关键词：阿基米德螺旋天线超宽带天线曲折臂天线宽频带巴伦天线小型化

直升机平台上VHF频段天线小型化设计与理论研究

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直升机平台上VHF频段天线小型化设计与理论研究

作者：万文雅电子科技大学

学位级别：硕士

天线作为无线电波接收和发射的出入口,是无线通信系统不可或缺的一部分,其结构是否合理,性能是否良好直接影响着整个通信系统的质量。机载设备的小型化、集成化和通信设备数量的增加,使得预留给每个天线的空间有限,再加之安装在飞机上... 详细信息

天线作为无线电波接收和发射的出入口,是无线通信系统不可或缺的一部分,其结构是否合理,性能是否良好直接影响着整个通信系统的质量。机载设备的小型化、集成化和通信设备数量的增加,使得预留给每个天线的空间有限,再加之安装在飞机上的天线不能改变飞机的空气动力学性能,对应用于机载上的天线的小型化提出了越来越高的要求。为了与机载通信系统的上述发展相适应,高性能的VHF小型化天线的研制已成为一个紧迫且具有重大理论和现实意义的课题。本文结合了横向课题“直升机平台上VHF天线的小型化的设计与理论研究”,根据机载天线设计的特点以及微带天线的特点和分析方法,通过小型化的技术途径,设计了一种尺寸小(约为0.1λ,λ为工作波长),剖面低(约为0.03λ),增益高(大于3dB),水平方位全向的小型化天线,并对其进行了加工、测试,测试结果验证了仿真结果的正确性;同时还研究了所设计天线的各结构参数对谐振频率及天线的增益的影响,并具体分析了产生的原因;在对天线单元设计之后还将直升机载体和天线进行了一体化建模,近似计算了载体加入后天线的阻抗特性和方向图,并比较了前后结果,给出了载体影响的物理分析。本文的主要贡献和创造性成果主要体现在: (1)总结了机载超短波天线的研究现状,并详细分析了机载天线的特点及其设计中需要考虑的关键因素和技术难点,为后续研究提供了理论依据;(2)在天线尺寸受到限制的条件下,将加载短路面和弯折技术相结合,增加了天线的有效电长度,有效地减小了天线的物理尺寸,设计出了一种满足要求的VHF频段低剖面,小型化天线。不仅可以为实际的工程应用提供一个好的实物,同时也为这个频段的天线的小型化提供了一种设计思路;(3)对所设计的天线给出了详尽的物理分析,并对其结构参数的影响做了细致的研究,总结了一些结论,为实际加工和调试提供了参考依据;(4)对直升机平台对天线性能的影响做了数值分析,得到了一些数据结果,从而对实际工程应用具有一定的理论指导意义。

关键词： VHF频段天线小型化微带贴片天线直升机短路贴片天线

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超宽带天线小型化研究

超宽带天线小型化研究

作者：邵云卿华南理工大学

学位级别：硕士

Sinuous天线因为其良好的性能,被广泛应用在测向系统中。但是,当测向系统应用于小型交通工具,比如汽车或者飞机,要求整个测向系统小型化。本论文的主要研究内容是对超宽带天线Sinuous天线进行电小化设计,以达到测向系统小型化的目的。... 详细信息

Sinuous天线因为其良好的性能,被广泛应用在测向系统中。但是,当测向系统应用于小型交通工具,比如汽车或者飞机,要求整个测向系统小型化。本论文的主要研究内容是对超宽带天线Sinuous天线进行电小化设计,以达到测向系统小型化的目的。本论文首先介绍了宽带天线小型化理论,介绍了衡量小天线的性能参数,探讨了多种天线小型化技术,包括:介质加载、电抗加载、增加电流路径、增加辐射模、使用超材料以及采用智能算法优化天线结构等。然后本论文研究了Sinuous天线的基本结构,基本特性,并进行仿真和实现测量,为后续研究工作打下基础。应用环耦合的天线小型化技术,减小Sinuous天线的尺寸,达到了最好的效果。加载环耦合的Sinuous天线的直径为44mm,环耦合使得天线的缩小系数达到了1.36。天线10d B回波损耗带宽达到154%,覆盖2.458.7GHz,通过耦合环,成功地将Sinuous天线阻抗的低频部分降低,实现了小型化的目的,并实现了小型化后的环耦合Sinuous天线和阻抗的测量。本论文还研究了Sinuous天线进行小型化的其他方法,比如通过Sinuous天线自身结构的改变实现电抗加载,具体为将Sinuous天线变化为渐变结构;或者垂直多环耦合Sinuous天线,环耦合加载的横向和纵向拓展,感抗加载等多种方法。最后对Sinuous天线小型化技术进行了归纳总结。通过上述研究,掌握了小型化Sinuous天线的设计原理和实现方法,丰富了天线理论。

关键词： sinuous天线天线小型化超宽带天线环耦合