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一种应用于60 GHz通信的高增益波束偏转天线

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一种应用于60 GHz通信的高增益波束偏转天线

2017年全国天线年会

作者：李祥祥徐余龙张艳梅吕国强合肥工业大学现代显示技术省部共建国家重点实验室合肥工业大学光电技术研究院北京理工雷科电子信息技术有限公司

本文提出一种基于打孔介质产生倾斜波束的天线系统以解决60 GHz无线通信领域高增益天线波束对准问题,设计了一副主波束在E面偏转30度的高增益天线系统,并利用HFSS进行仿真验证。仿真结果表明,在574 GHz的工作频带内,S11<-14 d B,波束偏... 详细信息

本文提出一种基于打孔介质产生倾斜波束的天线系统以解决60 GHz无线通信领域高增益天线波束对准问题,设计了一副主波束在E面偏转30度的高增益天线系统,并利用HFSS进行仿真验证。仿真结果表明,在574 GHz的工作频带内,S11增益达到15.9 d Bi,较不偏转天线增加了6.3 d Bi。

关键词： 60 GHz无线通信打孔介质波束偏转高增益天线

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C波段宽带高增益微带天线的研究

C波段宽带高增益微带天线的研究

2009年全国天线年会

作者：刘剑于映南京邮电大学通信工程与信息学院

介绍了一种C波段的新型宽带高增益微带天线设计,为了实现宽带高增益,采用了一种微带贴片中心短路以及共面波导馈电的长方形环天线。用HFSS软件仿真计算,结果表明,该天线结构具有良好的反射损耗和宽带高增益特性。

关键词：高增益天线宽带天线微带天线短路长方形环贴片仿真

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宽带高增益圆极化微带-喇叭组合天线

宽带高增益圆极化微带-喇叭组合天线

2015年全国天线年会

作者：叶喜红何芒王亚丽郝芸王冠天津理工大学中环信息学院北京理工大学信息与电子学院 61336部队

本文研究了一种具有良好工作性能的微带-喇叭组合圆极化天线结构。首先设计了一种双层宽带圆极化微带天线结构,同时满足VSWR≤2和轴比AR≤4dB的频带宽度Bw≥24%,主极化增益大于9dBi;引入角锥喇叭结构,对微带天线的工作频率特性影响微小... 详细信息

本文研究了一种具有良好工作性能的微带-喇叭组合圆极化天线结构。首先设计了一种双层宽带圆极化微带天线结构,同时满足VSWR≤2和轴比AR≤4dB的频带宽度Bw≥24%,主极化增益大于9dBi;引入角锥喇叭结构,对微带天线的工作频率特性影响微小,但将天线增益提高到12dBi以上。为了更好地了解该组合天线的性能以及快速而准确地设计该天线结构,我们对天线主要几何参数进行了分析和研究。

关键词：宽带天线高增益天线微带天线组合天线

一种圆柱形超表面透镜的设计及其在天线增益增强中的应用

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电子元件与材料 2020年第8期39卷 70-76页

作者：周文君尚玉平廖成西南交通大学物理科学与技术学院电磁场与微波技术研究所四川成都610031

研究了一种可共形于圆柱表面的电磁超表面透镜。通过设计沿圆周方向变化的透射相位梯度,对于横电和横磁两种极化的平面电磁波照射,均在圆柱形透镜焦点处观察到了聚焦场强。为了分析圆柱形超表面透镜对天线辐射增益的提升效果,在其焦点... 详细信息

研究了一种可共形于圆柱表面的电磁超表面透镜。通过设计沿圆周方向变化的透射相位梯度,对于横电和横磁两种极化的平面电磁波照射,均在圆柱形透镜焦点处观察到了聚焦场强。为了分析圆柱形超表面透镜对天线辐射增益的提升效果,在其焦点处放置一副作为馈源的微带贴片天线单元,由此获得圆柱形超表面透镜天线。与馈源天线相比,圆柱形超表面透镜天线可在工作频率10 GHz处将横电和横磁两种极化的主瓣增益分别提升11.23 dB和11.44 dB。仿真和测量结果的一致性验证了设计的有效性。

关键词：波束聚焦共形透镜相位梯度超表面高增益天线透镜天线

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适用于天线阵增益提升的平面透镜研究

适用于天线阵增益提升的平面透镜研究

作者：何雨馨电子科技大学

学位级别：硕士

为了弥补5G无线通信系统在毫米波波段的传输损耗,高增益天线的设计要求日渐严苛。近年来,基于相位校正来获得聚焦效果的平面透镜天线受到了越来越多的关注。透镜天线将点源发出的球面波转化为平面波,从而具有高增益、低旁瓣、馈电简单... 详细信息

为了弥补5G无线通信系统在毫米波波段的传输损耗,高增益天线的设计要求日渐严苛。近年来,基于相位校正来获得聚焦效果的平面透镜天线受到了越来越多的关注。透镜天线将点源发出的球面波转化为平面波,从而具有高增益、低旁瓣、馈电简单等优点,因此在近毫米波和亚毫米波波段具有独特优势。本文主要研究和论证了一种适用于天线阵列增益提升的平面透镜的设计方法,主要完成的工作如下:1.首先介绍了平面透镜天线工作的基本原理,提出了本文的双层透镜层相位分布的计算方法,与传统的平面透镜设计不同,本文提出的平面透镜层为双层平面透镜,针对多辐射源场景,对天线阵列的增益提升有明显的效果。2.基于相位补偿思想,探究了平面透镜结构提高天线阵列增益的方法。方法将双点源发射的电磁波经过两层透镜之后转化为平面波,其中第一层透镜的设计目标是使点源A、B发射的电磁波的合成波与虚拟点源C发射的球面波相位相同。第二层透镜的设计目标则是使虚拟点源C发射的球面波经第二层透镜之后变为平面波。最终在两层透镜的共同作用下,点源A、B发射的电磁波成功转化为平面波。该案列验证了使用两层透镜针对多辐射源天线进行相位补偿这一思想在理论上的可行性。3.针对传统平面透镜设计方法精度和适用范围窄的问题,本文引入了物理启发的神经网络方法(PINN)来解决。研究首先介绍了PINN算法的基础思想,然后详细介绍了PINN的求解和训练优化过程,最后给出了基于PINN设计平面透镜的详细过程,算例结果符合预期,验证了PINN在平面透镜设计方面的准确性和高效性。

关键词：平面透镜天线高增益天线 PINN

基于超表面的圆柱形透镜及其在天线增益增强中的应用研究

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基于超表面的圆柱形透镜及其在天线增益增强中的应用研究

作者：周文君西南交通大学

学位级别：硕士

天线作为无线通信系统中用于辐射或接收电磁波的部件,是无线通信链路中的重要环节。透镜天线因其波前转换、高增益等特点而被广泛地应用于雷达探测、卫星通信等无线电领域。电磁透镜是透镜天线的一个重要组件,可将非平面波前有效转换为... 详细信息

天线作为无线通信系统中用于辐射或接收电磁波的部件,是无线通信链路中的重要环节。透镜天线因其波前转换、高增益等特点而被广泛地应用于雷达探测、卫星通信等无线电领域。电磁透镜是透镜天线的一个重要组件,可将非平面波前有效转换为平面波前,从而提高馈源天线的增益。传统的电磁透镜主要依靠其介质参数和形状的渐变来调节射线路径长度,从而实现波前变换所需的相位补偿,这意味着在电磁波传播方向上传统电磁透镜具有较大的厚度。传统电磁透镜的厚剖面可能会限制其在移动平台上的集成与应用。超表面具有电磁波调控灵活性以及低剖面的特点,有助于实现电磁透镜的低剖面设计与共形集成,研究基于超表面的电磁透镜具有重要的应用价值。本文以广义折射和反射定律为基础,提出了基于无源超表面的圆柱形透镜设计,并在此基础上研究了具有低剖面与高增益特点的圆柱形超表面透镜天线。具体地,推导了基于无源超表面的圆柱形透镜的工作原理与设计公式,研究了透射型与反射型圆柱形透镜相对于馈源天线的增益提升效果,主要的研究工作如下:首先推导了透射型的圆柱形超表面透镜应满足的透射相位梯度和离散的透射相位分布表达式。采用缝隙结构作为超表面基本单元,对所计算的透射相位离散值进行实现。通过调节单元内部尺寸,在360°相位变化范围内实现透射相位离散值,同时保持传输系数幅度大于0.7。将确定尺寸的各单元共形地构建于圆柱表面上,获得透射型的圆柱形超表面透镜。进一步,将该单元结构进行调整,实现了分别具有单极化、双极化工作能力的透射型圆柱形超表面透镜。当平面电磁波照射时,均在焦点处观察到了聚焦电场强度。为了分析透射型的圆柱形超表面透镜对天线辐射增益的提升效果,在透镜焦点处放置了一副作为馈源的微带贴片天线单元,由此获得圆柱形超表面透镜天线。与馈源天线相比,单极化圆柱形透镜天线可在工作频率10 GHz处将横磁极化的主瓣增益提高11.4 d B。对于双极化圆柱形透镜天线,与馈源天线相比,在工作频率10 GHz处,横电和横磁两种极化辐射的主瓣增益分别提高了11.23 d B和11.44 d B。并通过实验测量,验证了设计的有效性。采用类似的设计步骤,以广义反射定律为基础,设计了一种反射型的双极化圆柱形超表面透镜。与透射型透镜不同的是,反射型透镜在圆柱表面上的覆盖区域与焦点位置密切相关。采用方环结构来实现沿圆周方向变化的反射相位梯度,对于横电和横磁两种极化的平面电磁波照射,均在焦点处观察到了聚焦电场强度。对于辐射增益提升效果,全波仿真结果表明,与馈源天线相比,在10 GHz工作频率处,透镜天线可将横电和横磁两种极化辐射的主瓣增益分别提高5.92 d B和5.83 d B。

关键词：波束聚焦柱形透镜相位梯度超表面高增益天线透镜天线

基于电磁超表面的双极化天线增益性能优化设计研究

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基于电磁超表面的双极化天线增益性能优化设计研究

作者：李晨琦青岛大学

学位级别：硕士

双极化天线通常应用于极化分集系统,用来应对复杂电磁环境下的信号多径问题。为了提高接收信号的质量和系统可覆盖的范围,需要天线具有高增益、宽频带、高交叉极化比等特性,目前高性能天线结构的设计趋于复杂,而电磁超表面的发展给天线... 详细信息

双极化天线通常应用于极化分集系统,用来应对复杂电磁环境下的信号多径问题。为了提高接收信号的质量和系统可覆盖的范围,需要天线具有高增益、宽频带、高交叉极化比等特性,目前高性能天线结构的设计趋于复杂,而电磁超表面的发展给天线优化提供了简易可行的思路。本文基于电磁超表面特性及谐振腔高增益天线工作原理,对双极化天线进行了优化设计与研究。具体工作如下:1.设计了一种方型各向同性超表面用于优化测向系统中的交叉偶极子天线。偶极子天线采用巴伦馈电,通过设计四边弯折反射器实现了天线的单向辐射和较高的增益,工作频段为1.7-2.8GHz。仿真分析了超表面的电磁特性,它的±90°反射相位带宽为1.5-3.5GHz,与天线的工作频段匹配度高。基于法布里-珀罗谐振腔高增益天线的设计原理,将超表面结构加载到天线上方,通过优化超表面大小及高度,天线的工作带宽相较于原始天线拓展了0.3GHz,增益平均提升了2d Bi左右。仿真及测试结果表明,利用超表面优化的天线具有较高的增益且原天线的辐射模式基本不发生改变,在工作频段内,-3d B波束宽度稳定在60°±9.5°。另外,分析了理想线阵中阵元的耦合情况,加载超表面覆层也在一定程度上提高了天线的端口隔离度。2.从十字交叉型超表面入手,定向设计了一种末端为镂空双环的十字交叉型超表面,通过增加超表面金属贴片单元的有效电长度,降低了超表面的工作频段,其在天线工作频段内具有有效的反射和透射特性。利用特征模理论从物理角度分析了所设计超表面的特性,在1.6-4GHz频段,超表面自身极化模式不会被激发,性能稳定。将其用在偶极子天线上,增益提升效果与方型超表面基本一致,但谐振腔高度相比降低了10mm,实现了低剖面的天线设计。3.设计了一种耦合间隙开口的双极化偶极子天线,馈电方式采用容易调节天线阻抗匹配的耦合探针,底部为100×100mm的平面反射板。该天线优化前的工作频段为1.7-3GHz,增益为6.7-7.8d Bi。由于反射板尺寸较小,天线的半功率波束宽度在工作频段内波动很大。将本文设计的超表面结构作为天线覆层,构成法布里-珀罗腔,通过优化超表面覆层高度使天线实现了1.7-3.8GHz的工作带宽,增益提升3d Bi左右。经过超表面优化的天线增益为在1.7-3.1GHz频段可保持在8.6-9.9d Bi,-3d B波束宽度稳定在63.5°±6.6°,相较于原天线,波束宽度变窄,天线的方向性增强。超表面的加载使天线获得了良好的工作性能,与其他双极化天线相比尺寸更小。使用超表面优化的两种偶极子天线满足测向系统、基站通信系统的需求,具有宽频带、高增益、高交叉极化比的性能优势,因此,超表面覆层构造谐振腔天线的优化方法在高增益天线设计中具有重要的参考意义。

关键词：双极化天线高增益天线电磁超表面宽带