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线极化与圆极化波均可吸收的太赫兹超表面

物理学报 2023年第5期72卷 416-423页

作者：吴柔兰李九生中国计量大学太赫兹技术与应用研究所杭州310018

利用VO_(2)嵌入超表面设计了一种实现不同频率,且线极化和圆极化两种模式入射下均产生高效率吸收的太赫兹超表面.当VO_(2)为绝缘态时,设计的超表面对圆极化波的旋向产生选择性吸收,在1.30 THz处对左旋圆极化波产生的吸收率大于95%,对右... 详细信息

利用VO_(2)嵌入超表面设计了一种实现不同频率,且线极化和圆极化两种模式入射下均产生高效率吸收的太赫兹超表面.当VO_(2)为绝缘态时,设计的超表面对圆极化波的旋向产生选择性吸收,在1.30 THz处对左旋圆极化波产生的吸收率大于95%,对右旋圆极化波不吸收,圆二色性为0.85.当VO_(2)为金属态时,在1.95 THz处,该超表面对TE线极化入射波吸收率达到98.5%.结果表明,在线极化和圆极化波入射下,所设计的超表面结构具有良好的广角吸收性能.由于它具有形态简单、易于加工等特点,在太赫兹波传感、成像和通信领域具有广阔的应用前景.

关键词：太赫兹复合超表面线极化圆极化圆二色性

圆极化多频天线的结构优化设计与辐射特性研究

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圆极化多频天线的结构优化设计与辐射特性研究

作者：冯银海兰州大学

学位级别：硕士

圆极化天线是一类辐射圆极化电磁波的天线,这类天线被广泛应用于卫星通信和导航定位,正因为如此,让圆极化天线获得了很高的关注度。本文主要研究了圆极化天线的结构设计方式和优化方法,在此基础上设计了如下六款天线:(1)设计了两款工作... 详细信息

圆极化天线是一类辐射圆极化电磁波的天线,这类天线被广泛应用于卫星通信和导航定位,正因为如此,让圆极化天线获得了很高的关注度。本文主要研究了圆极化天线的结构设计方式和优化方法,在此基础上设计了如下六款天线:(1)设计了两款工作在L频段的双频圆极化天线,第一款天线利用双层贴片产生双频圆极化辐射。该天线的两层贴片通过不同的非对称开槽方式在贴片上蚀刻“口”字形开槽,两层贴片分别产生一个频点的圆极化辐射。第二款天线是单层贴片,通过加载不对称的缺陷地开槽和偏馈的方式来产生两个频段的圆极化辐射。(2)设计了一款利用90°相位差馈电产生双频圆极化辐射的天线阵列,其中分别对天线单元和馈电网络进行了仿真。天线单元是倒F天线,利用开槽的方式调节频点至ISM频段的0.9 GHz频段和2.45 GHz频段。而馈电网络则利用2.45 GHz频段接近0.9 GHz频段的三倍来进行设计,使设计过程简化。最终通过将天线组成四天线阵列并利用设计的90°相移馈电网络对其进行馈电,形成了圆极化辐射,对其进行了仿真分析并且加工实物进行测量,确认该阵列能够在906 MHz-913 MHz和2.446 GHz-2.457 GHz两个ISM频段上形成圆极化辐射。(3)设计了一款用于可穿戴用途的双频全向圆极化天线。该天线工作在Wi MAX频段和5.8 GHz处的ISM频段,所设计的天线在这两个频段上均能产生圆极化辐射,该天线利用了六个短路柱来形成Wi MAX频段的纵向电场分量,与天线周围的六个L形枝节所产生的横向电场分量在远场的叠加来形成全向圆极化辐射,并利用短路柱附近的条形开槽和三角形开槽来降低在该频段的轴比。在5.8 GHz的ISM频段利用圆形贴片的TM模式来形成纵向电场分量。该纵向电场分量和由L形枝节产生的横向电场分量叠加形成圆极化辐射。在此基础上对所设计的天线进行了仿真和实物测量,确认该天线能正常工作在Wi MAX频段和5.8 GHz的ISM频段上。(4)设计了两款共面波导馈电的宽带圆极化天线。第一款天线利用非对称的地面结构并同时加载椭圆形枝节来产生4.12 GHz-4.75 GHz和5.72 GHz-5.92 GHz两个频段的圆极化。第二个天线在第一款天线的基础上增加了金属边框、直角形枝节和一个圆形枝节,利用增加的枝节调整该天线的圆极化带宽到2.42 GHz-4.13 GHz和6.7 GHz-7.0 GHz,使其覆盖了ISM频段、Wi MAX频段和U6G频段,经过仿真和实物测量验证,所设计的天线在上述频段均能实现圆极化辐射。

关键词：圆极化 ISM频段 WiMAX频段微带天线多频宽带天线

一种Ka频段高效率圆极化宽角扫描波导缝隙相控阵天线

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电子与信息学报 2021年第6期43卷 1630-1636页

作者：刘斌谷胜明孟明霞史永康丁克乾徐磊杨雨田陈筠力北京遥测技术研究所北京100076 上海航天技术研究院上海201109

该文提出一种新型小尺寸、低剖面、“f”字型波导缝隙圆极化器,高度仅1/6波长,宽度约2/5波长。基于该圆极化器,设计了一种高效率、低剖面、圆极化脊波导缝隙线阵天线。为满足空间应用中对轻质、高效率、圆极化、±60°宽角扫描相控阵天... 详细信息

该文提出一种新型小尺寸、低剖面、“f”字型波导缝隙圆极化器,高度仅1/6波长,宽度约2/5波长。基于该圆极化器,设计了一种高效率、低剖面、圆极化脊波导缝隙线阵天线。为满足空间应用中对轻质、高效率、圆极化、±60°宽角扫描相控阵天线的需求,采用该线阵天线作为阵元设计、仿真并实现了16阵元Ka频段脊波导缝隙相控阵天线。仿真和实测结果表明,该相控阵天线可实现1维±60°宽角扫描。在扫描角范围内,相控阵天线的轴比小于4.1 dB,增益下降小于4.3 dB。在0°扫描角工作时,天线的实测增益为35.9 dBi,辐射效率接近85%。

关键词：相控阵天线波导缝隙天线 Ka频段圆极化宽角扫描

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Ka频段宽带圆极化微带天线

电波科学学报 2022年第6期37卷 1073-1079页

作者：李小刚金荣洪梁仙灵金泽阳李建平贺冲陈靖峰上海交通大学电子工程系上海200240

面向Ka频段高通量卫星对天线的需求,设计了一种Ka频段宽带圆极化微带天线.天线单元主要由圆形辐射贴片和缝隙耦合馈电结构组成,通过两个类T形缝隙结合实现宽带圆极化.天线仅有三层金属层,结构简单.仿真结果显示,天线单元的相对阻抗带宽... 详细信息

面向Ka频段高通量卫星对天线的需求,设计了一种Ka频段宽带圆极化微带天线.天线单元主要由圆形辐射贴片和缝隙耦合馈电结构组成,通过两个类T形缝隙结合实现宽带圆极化.天线仅有三层金属层,结构简单.仿真结果显示,天线单元的相对阻抗带宽为31.5%(25.1~34.5 GHz),相对3 dB轴比带宽为20.3%(26.5~32.5 GHz).由于单元尺寸较小,不便于对其性能进行验证,因此利用该天线单元组成2×2天线阵列,并进行加工测试.仿真与试验结果表明,天线阵列阻抗带宽以及3 dB轴比带宽可以覆盖25.6~33.1 GHz频率范围,实测结果与仿真结果一致性良好.

关键词： Ka频段卫星通信圆极化微带天线阵列

圆极化阵列天线的极化可重构及波束赋形的研究与设计

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圆极化阵列天线的极化可重构及波束赋形的研究与设计

作者：董艳南京信息工程大学

学位级别：硕士

随着现代通信技术的快速发展,人们对天线性能的要求越来越高。圆极化天线相较于线极化天线在面对极化失配、多径干扰等问题时有显著优势。与单个天线单元相比,阵列天线不仅具有更高的增益,更强的方向性,且可通过改变阵元各端口的激励来... 详细信息

随着现代通信技术的快速发展,人们对天线性能的要求越来越高。圆极化天线相较于线极化天线在面对极化失配、多径干扰等问题时有显著优势。与单个天线单元相比,阵列天线不仅具有更高的增益,更强的方向性,且可通过改变阵元各端口的激励来获得一些特殊的辐射特性。然而在对圆极化阵列天线在进行波束赋形设计时,通常存在着波束赋形效果和圆极化性能无法同时处于最优状态的问题。为了解决上述问题,本文在无约束最大功率传输效率法(MMPTE)的基础上,引入了极化的约束条件,即带约束条件的MMPTE(CMMPTE),并将该方法应用在圆极化可重构天线阵列的优化设计上;之后,为了调节接收天线阵列从发射天线阵列接收到的能量,又引入了加权系数矩阵,即加权CMMPTE(WCMMPTE)。基于上述设计方法,本文主要进行了如下研究:1.基于CMMPTE设计了四款不同排布方式的圆极化可重构天线阵列。通过在待设计发射阵列远场区的某一角度放置双端口天线单元(包含两个正交的线极化分量)作为测试接收天线,并引入极化约束条件,最终使四款天线均实现了较好的圆极化波束扫描效果。结果表明,所提出的方法不仅解决了传统阵列设计方法在对常规排布的阵列天线进行大角度波束扫描设计时圆极化轴比特性较差的问题,且不受阵列天线的单元形式和排布方式的限制,可应用于任意形式的圆极化可重构阵列天线的优化设计中。2.基于WCMMPTE设计了一款可应用于ETC系统的低旁瓣圆极化天线阵列。首先设计了一款4×4圆极化天线阵列,根据ETC系统路侧单元的应用需求,将天线阵列的工作频率设计在5.8GHz,极化方式为左旋圆极化。然后基于WCMMPTE对4×4天线阵列的波束宽度、旁瓣电平、增益以及圆极化特性进行同时优化,获得了满足设计要求的方向图及对应的最优激励分布。为了减少阵列的单元数目同时简化馈电网络的设计,将4×4天线阵列中幅值激励较小的单元进行移除,最终获得了一款高增益、低旁瓣及低轴比的12单元圆极化天线阵列。

关键词：圆极化极化可重构阵列天线波束赋形最大功率传输效率法

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高增益圆极化双槽Vivaldi天线

电波科学学报 2023年第3期38卷 470-475页

作者：刘淑芳薛源李坤哲毛玥程乾史小卫西安电子科技大学电子工程学院西安710071

探地雷达在地质勘探、军事、考古及建筑工程等领域有着非常重要的作用.为提高地下目标探测的准确性与成像分辨率,增强对地下线型目标的探测能力,提出了一种用于中浅层地下目标探测的高增益圆极化双槽Vivaldi天线.该Vivaldi天线的开槽部... 详细信息

探地雷达在地质勘探、军事、考古及建筑工程等领域有着非常重要的作用.为提高地下目标探测的准确性与成像分辨率,增强对地下线型目标的探测能力,提出了一种用于中浅层地下目标探测的高增益圆极化双槽Vivaldi天线.该Vivaldi天线的开槽部分由不同的指数线构成,使得槽的开口方向有一定的内倾,可以有效提高天线的增益;将两个双槽Vivaldi天线以正交的形式组合,并对天线两端口进行等幅、90°相位差的馈电,实现天线的圆极化辐射.仿真与实测结果表明,所设计的高增益双槽Vivaldi天线在0.5~3GHz内驻波比小于2,绝对带宽为2.5 GHz;带内增益均大于3.5 dBi,最大增益可达12.5 dBi;工作频带内轴比均小于3 dB且具有较好的时域特性.所提出的天线具有超宽带、高增益、圆极化等特点,在地下目标探测中具有广阔的应用前景.

关键词：探地雷达天线双槽Vivaldi天线高增益超宽带圆极化

低剖面可承载UHF/L双频共口径圆极化定向天线

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电波科学学报 2022年第1期37卷 113-120页

作者：刘二伟耿军平王堃程旭旭任超凡杨思磊韩家伟卢敬正苏达张洋州梁仙灵金荣洪上海交通大学上海200240

机/车载多体制通信、测控、探测等多无线系统并存,天线林立,天线间耦合干扰严重,同时与高速机/车薄壁外壳共形的天线还需具有较强承载能力.本文设计了一种适于车壳共形的低剖面可承载双频共口径定向圆极化缝隙天线.天线主体采用开口缝... 详细信息

机/车载多体制通信、测控、探测等多无线系统并存,天线林立,天线间耦合干扰严重,同时与高速机/车薄壁外壳共形的天线还需具有较强承载能力.本文设计了一种适于车壳共形的低剖面可承载双频共口径定向圆极化缝隙天线.天线主体采用开口缝隙的形式来实现天线的小型化和宽带设计,利用微带线来进行耦合馈电.通过在低频天线中心开槽嵌入高频天线,从而实现双频天线的共口径,并使用多馈法来实现圆极化.天线采用FR4介质填充,介质最大厚度为最低频率对应波长的5%.这种金属与介质的混合立体结构也大大增强了天线的承载能力.实测结果表明:在UHF波段,天线的阻抗带宽为75 MHz(0.303~0.378 GHz),轴比带宽为50 MHz(0.32~0.37 GHz);在L波段,天线的阻抗带宽为550 MHz(1.18~1.73 GHz),轴比带宽为420 MHz(1.10~1.52 GHz);在测试压力达到390 kg/cm2时,天线形变3%,天线依然能正常工作.实测结果与仿真结果基本一致.该天线具有低剖面、共口径、可承载、双频和圆极化的特点,为车载无线通信系统提供了一种新颖实用的共形天线结构,且其既可以与车壳共形,也可以嵌入车壳直接作为外壳使用.

关键词：低剖面承载共形天线双频共口径圆极化定向缝隙天线

基于人工表面等离子激元传输线的宽带圆极化频率扫描天线

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固体电子学研究与进展 2022年第1期42卷 27-32页

作者：张胜谢振江徐聪仝梦寒王俊中国矿业大学信息与控制工程学院江苏徐州221116

提出了一种由椭圆形人工表面等离子激元(SSPPs)馈电的新型宽带圆极化频率扫描天线。天线以椭圆结构单元SSPPs传输线为基础,沿传输线两侧周期性地加载开口环贴片,利用表面波的慢波特性实现天线的频率扫描,并且通过加载贴片偏移四分之一... 详细信息

提出了一种由椭圆形人工表面等离子激元(SSPPs)馈电的新型宽带圆极化频率扫描天线。天线以椭圆结构单元SSPPs传输线为基础,沿传输线两侧周期性地加载开口环贴片,利用表面波的慢波特性实现天线的频率扫描,并且通过加载贴片偏移四分之一波导波长产生90°相移,实现圆极化辐射。仿真和实测结果均表明,所提出的天线在4.5〜8.0 GHz的工作频带内回波损耗低于一10 dB,天线的扫描角度为一34°〜+14°,在整个工作频带内实现了圆极化,轴比带宽达56%,平均增益为10.8 dBi。

关键词：人工表面等离子激元圆极化轴比带宽频率扫描

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圆极化天线阵列设计及其性能改善技术的研究

圆极化天线阵列设计及其性能改善技术的研究

作者：李芊芊南京邮电大学

学位级别：硕士

随着科技日新月异的进步,无线通信领域的应用也得到了空前的发展,天线作为无线通信中的一个重要组成部分起着至关重要的作用。相较于线极化天线,圆极化天线具有抗干扰能力强的优点。近年来,为了实现更好的通信质量,天线的圆极化越来越... 详细信息

随着科技日新月异的进步,无线通信领域的应用也得到了空前的发展,天线作为无线通信中的一个重要组成部分起着至关重要的作用。相较于线极化天线,圆极化天线具有抗干扰能力强的优点。近年来,为了实现更好的通信质量,天线的圆极化越来越受到人们的重视。本文以传统的圆极化天线阵列为基础,分别研究缝隙解耦技术、人工表面等离子体激元(Spoof surface plasmon polariton,Spoof SPP)和人工局域表面等离子体激元(Spoof Localized Surface Plasmon,Spoof LSP)以及手性超构体对天线的增益、轴比带宽和轴比波束带宽的改善,主要内容如下:1.设计了一款基于L形缝隙解耦的2×2圆极化天线阵列。首先,提出一款基于威尔金森功分器和移相器的移相馈电网络,并采用该馈电网络激励辐射贴片,构成双层结构的2×2圆极化天线阵列。在此基础上,在辐射贴片上引入L形缝隙来改善因上层辐射贴片与下层馈电网络之间耦合而恶化的轴比。经过测试得到该天线的阻抗带宽为1.68 GHz到3.31 GHz,相对带宽为65.2%;轴比带宽为1.86 GHz到3.39 GHz,相对带宽为61.6%;峰值增益在2.7 GHz处达到7.13 d Bic。2.设计了两个基于Spoof SPP和Spoof LSP的圆极化天线阵列。天线Ⅰ为双层结构,下层为移相馈电网络,上层为辐射贴片,两层之间使用金属探针连接。为了进一步提升天线的增益并拓宽轴比波束带宽,在该天线阵列的基础上引入Spoof SPP和Spoof LSP,利用其对电磁波的局域能力来增强辐射从而提升增益,同时改善天线的轴比波束带宽。天线Ⅱ在天线Ⅰ的基础上调整了上下层介质基板的距离,并且引入Spoof LSP来改善因两层之间间距过小而恶化的轴比。经过测试,天线I可达到72%(3.15～6.75 GHz)测量阻抗带宽和55%(3.97～6.72GHz)测量轴比带宽,峰值增益为11.11 d Bic。天线II可达到71.8%(3.14～6.73 GHz)测量阻抗带宽和53.2%(4.10～6.76 GHz)测量轴比带宽,峰值增益为12.05 d Bic。这两款天线具有尺寸小、增益高的优点。3.设计了一款基于手性超构体的圆极化天线阵列。该天线分为内外两个部分,内部为双层结构的圆极化天线阵列,其中馈电网络采用三维(Three Dimensional,3D)形式,即将部分馈电网络垂直下层介质基板放置从而减少馈电网络与辐射贴片的耦合。外部为周期排列有手性超构体单元的外框,该手性超构体单元在4.9～5.2 GHz频段内具有良好的圆二色性。因此,利用手性超构体对左旋圆极化(Left-handed Circularly Polarized,LHCP)和右旋圆极化(Right-handed Circularly Polarized,RHCP)的差分吸收来改善天线的轴比波束带宽。此外,外框背面的金属也能增强反射,有效提高增益。经过加工测试得到该天线可达到80%(2.81～6.81GHz)的阻抗带宽,轴比带宽为70.8%(3.68～7.22 GHz),峰值增益为15.28 d Bic。结果表明,在所设计的圆极化天线中引入手性超构体结构可以同时改善目标天线的增益和轴比波束带宽。

关键词：天线阵列圆极化缝隙解耦人工表面等离子体激元人工局域表面等离子体激元手性超构体