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基于5GHz无线频段的环形OAM微带阵列天线设计

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现代电子技术 2019年第1期42卷 14-18页

作者：常伟孙学宏刘丽萍孙牧歌席国法宁夏大学物理与电子电气工程学院宁夏银川750021 宁夏大学信息工程学院宁夏银川750021 宁夏沙漠信息智能感知重点实验室宁夏银川750021

频谱资源短缺和频谱利用率低已成为阻碍无线通信技术与物联网发展的重要因素,轨道角动量(OAM)作为一种可用于无线通信的新技术,引起了人们的广泛关注。文中提出一种基于5 GHz无线频段的环形OAM微带阵列天线,并设计了由物理长度可变移相... 详细信息

频谱资源短缺和频谱利用率低已成为阻碍无线通信技术与物联网发展的重要因素,轨道角动量(OAM)作为一种可用于无线通信的新技术,引起了人们的广泛关注。文中提出一种基于5 GHz无线频段的环形OAM微带阵列天线,并设计了由物理长度可变移相器和U型移相器构成的馈电网络。解释了辐射阵元间馈电相位差的具体实现,分析了阵列天线的相关性能参数。仿真结果表明,阵列天线辐射出的OAM波束具有明显的螺旋相位波前结构,能够产生稳定的OAM涡旋电磁波。此阵列天线结构简单且易于加工,对解决未来无线电通信系统中信道容量需求与频谱资源短缺的矛盾具有一定的参考价值。

关键词： 5GHz无线频段涡旋电磁波环形阵列天线馈电网络轨道角动量频谱资源螺旋相位

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环形微带阵列天线的波束赋形与去耦技术研究

环形微带阵列天线的波束赋形与去耦技术研究

作者：崔彤北京邮电大学

学位级别：硕士

阵列天线是天线应用中的重要形式。在通信系统中,不同形式的阵列天线发挥着不可替代的作用。尤其在新兴的毫米波通信中,路径损耗和空气及雨水吸收导致传输衰减严重,由此带来的传输衰减需要用充足的信号功率来弥补以完成正常的通信过程... 详细信息

阵列天线是天线应用中的重要形式。在通信系统中,不同形式的阵列天线发挥着不可替代的作用。尤其在新兴的毫米波通信中,路径损耗和空气及雨水吸收导致传输衰减严重,由此带来的传输衰减需要用充足的信号功率来弥补以完成正常的通信过程。通过构建阵列形式的天线,并进行波束赋形设计,可以满足高增益的需求,以此应对毫米波天线在应用中较强的损耗和衰减。环形微带阵列天线凭借其能提供全方位角,并且可以在方位面内的不同角度提供相同波束的特点,在雷达等通信系统中得到了广泛的应用。在阵列天线的波束赋形研究中,单元间的互耦作用会带来所设计天线的辐射特性偏差。有源单元方向图是一种包含阵元间耦合影响和阵列所处物理环境影响的方向图,在阵列天线的方向图合成中,若将有源单元方向图引入到计算中,则能得到更贴近实际值的精准阵列天线辐射方向图,可以有效改善由互耦等原因带来的设计偏差。基于上述问题和分析,本论文开展了关于环形微带阵列天线的波束赋形中的去耦技术的相关研究。工作内容主要有以下几个方面:(1)提出有源单元方向图的去耦方法应用在环形微带阵列天线波束赋形,对均匀线性阵列、均匀矩形平面阵列和均匀环形阵列的方向图,从波的叠加理论出发进行了分析和推导,得到根据有源单元方向图进行数值合成计算的方向图合成公式,在此基础上进行验证性研究;(2)对微带天线设计中的介质基板材料的选择、天线尺寸计算、馈电方式等问题进行研究,设计了一款谐振频率为26GHz的微带天线单元,对其进行优化,并以此为阵列单元设计了线性阵列、矩形平面阵列、环形阵列等微带阵列天线,作为方向图合成和波束赋形的研究对象;(3)设计了两款阵元数量分别为8和64的环形微带阵列天线,并对64阵元的环形阵列天线在有源单元方向图的基础上进行余割平方波束和平顶波束的波束赋形设计,波束赋形结果与目标波束取得较好的一致性。

关键词：环形阵列天线波束赋形去耦技术有源单元方向图

基于多模态轨道角动量的介质谐振器阵列天线的设计与研究

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基于多模态轨道角动量的介质谐振器阵列天线的设计与研究

作者：常伟宁夏大学

学位级别：硕士

频谱资源短缺和频谱利用率低等问题一直限制着通信技术实现更大突破。为了缓解未来无线通信所要面对的种种困难,寻找可以快速提高频谱利用率的新型微波通信技术已成为一个迫切的问题。轨道角动量(Orbital Angular Momentum,OAM)这种技... 详细信息

频谱资源短缺和频谱利用率低等问题一直限制着通信技术实现更大突破。为了缓解未来无线通信所要面对的种种困难,寻找可以快速提高频谱利用率的新型微波通信技术已成为一个迫切的问题。轨道角动量(Orbital Angular Momentum,OAM)这种技术不同于时间、码型等传统频谱复用技术,这种新的调制方式主要是利用OAM不同模态的正交性来实现同一频段内多束OAM涡旋波的同时传输,有望成为解决频谱利用率低的有效方法。本文主要将OAM相关理论与阵列天线设计的原理相结合,提出了多种OAM天线的具体设计方案,然后对所设计的不同OAM天线进行分析与研究。该论文的主要研究内容以及创新点可分为如下三个部分:(1)阵列天线是微波段产生OAM涡旋波束的常用方法。本文首先从理论上解释和推导了阵列天线产生OAM波束的原因,为下文的OAM天线设计奠定了理论基础。然后利用环形相控阵列天线模型和它的辐射原理,设计了工作在5GHz无线频段的环形OAM阵列天线和相应的馈电网络。最后,对环形OAM阵列天线进行了相关性能参数的分析,同时也探究了其产生的OAM涡旋电磁波的特性。(2)本文提出了利用介质谐振器天线(Dielectric Resonator Antenna,DRA)生成OAM波束,这种天线优点较多,有助于OAM阵列天线的良好设计。然后对所设计的DRA阵列天线的相关性能参数仿真优化并进行了相关分析与探究,发现具有合理馈电位置的DRA阵列天线对减小OAM波束的中央空域问题有一定帮助。最后,研究了不同天线馈电方法对阵列天线产生的OAM涡旋波的影响。研究发现,合理的天线馈电方式在一定程度上可以减少中央空域扩张问题,有助于产生稳定的OAM电磁波束。(3)本文将OAM频谱复用技术与超宽带DRA工作原理相结合,设计出了新的高频微波段超宽带OAM天线,实现了在Ku、K和Ka三个频段上的工作。不仅展现了 OA]M天线超宽带的性能,而且也体现了 OAM这种新技术提升频谱利用率的能力。同时在OAM天线的仿真探究过程中,发现所设计的超宽带OAM天线,在不同频率点产生相同OAM模态的电场增益图的幅度基本上不变,这也从侧面反映了其能量集中性基本保持一致,证明了所设计的超宽带OAM天线具有一定的适用性。

关键词：轨道角动量介质谐振器天线 OAM涡旋电磁波环形阵列天线超宽带

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OAM介质谐振器阵列天线的研究

电子技术应用 2018年第8期44卷 90-93页

作者：常伟孙学宏刘丽萍薛嘉南宁夏大学物理与电子电气工程学院宁夏银川750021 宁夏大学信息工程学院宁夏银川750021 宁夏沙漠信息智能感知重点实验室宁夏银川750021

轨道角动量(OAM)技术为无线通信系统提供了新的调制维度,成为解决频谱资源短缺问题的有效方法。提出了一种新颖的OAM阵列天线,利用介质谐振器阵列天线产生OAM波束。仿真结果表明,此OAM阵列天线半径的大小直接影响OAM波束的效果,同时合... 详细信息

轨道角动量(OAM)技术为无线通信系统提供了新的调制维度,成为解决频谱资源短缺问题的有效方法。提出了一种新颖的OAM阵列天线,利用介质谐振器阵列天线产生OAM波束。仿真结果表明,此OAM阵列天线半径的大小直接影响OAM波束的效果,同时合适的馈电位置以及馈电方式在一定程度上可以改善中央空域问题和提高OAM波束远距离传输质量。此OAM阵列天线体积小、介质材料选取广泛,能够解决环形OAM微带阵列天线高频段辐射阵元损耗高、低频段几何尺寸大的难题,对OAM阵列天线在未来无线通信领域的实际应用提供了新的参考价值。

关键词：轨道角动量介质谐振器天线频谱资源环形阵列天线

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一款高效微波聚焦热疗系统的设计

现代电子技术 2019年第2期42卷 1-4页

作者：夏立超文舸一王身云南京信息工程大学应用电磁学研究中心江苏南京210044

为了有效提高微波热疗系统的能量利用效率,改善肿瘤治疗效果,设计一款高效率微波聚焦热疗系统。该系统的辐射器采用36单元环形阵列天线,人体等效模型采用三层匹配介质加载,并利用天线聚焦算法实现辐射器能量在人体模型深部的靶向聚焦。... 详细信息

为了有效提高微波热疗系统的能量利用效率,改善肿瘤治疗效果,设计一款高效率微波聚焦热疗系统。该系统的辐射器采用36单元环形阵列天线,人体等效模型采用三层匹配介质加载,并利用天线聚焦算法实现辐射器能量在人体模型深部的靶向聚焦。仿真和实验结果表明,相比于单层人体匹配介质层加载的系统,该系统能量利用效率达到之前的3倍,既实现了体外微波能量的有效穿透,又保证了穿透到人体内部的电磁能量靶向聚焦,克服了一般微波热疗系统中由于散射和折射引起的电磁能量损耗问题。

关键词：微波热疗系统环形阵列天线匹配介质人体模型靶向聚焦肿瘤治疗

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微波靶向热疗天线系统设计

微波靶向热疗天线系统设计

作者：夏立超南京信息工程大学

学位级别：硕士

随着现代生活环境的恶化和生活方式的变化,肿瘤发病率逐年升高,乳腺癌作为其中的一种已成为威胁女性健康的最致命杀手之一。传统诸如手术、放疗、化疗这些方法尽管取得了较快发展,但治疗费用高,治疗过程对患者损伤大,治疗效果停滞不前... 详细信息

随着现代生活环境的恶化和生活方式的变化,肿瘤发病率逐年升高,乳腺癌作为其中的一种已成为威胁女性健康的最致命杀手之一。传统诸如手术、放疗、化疗这些方法尽管取得了较快发展,但治疗费用高,治疗过程对患者损伤大,治疗效果停滞不前。肿瘤微波热疗作为一种比较有效的治疗手段正被大力发展。该方法具有微创性,毒副作用小并且安全有效,对于提高患者的生存率和生活质量起着非常大的作用。首先设计了一款高效微波热疗系统。该系统工作在433MHz,由功率源、辐射器、人体体模及匹配介质层、馈电网络等部分构成。该系统采用环形微带阵列天线作为辐射器。利用传输矩阵法优化设计了一款人体等效模型多层匹配介质层。通过优化发射和接收天线之间的功率传输效率得到靶向治疗所需的最优激励分布。仿真和实验测试结果表明,该系统使得能量高效地耦合到了目标区域,具有较高能源利用率。此外该系统具备单肿瘤及多肿瘤情况下的聚焦功能,显示了该微波热疗系统良好的靶向聚焦治疗特性。其次对人体乳房进行物理建模,针对高脂肪型乳房对比分析了不同单元排布方式下阵列的聚焦性能。之后针对浓稠型乳房设计了一款工作在2.45GHz的靶向热疗天线系统。对乳房及匹配介质等效体模进行设计和配制,采用功率传输效率最大法优化得到靶向治疗的最优激励分布并设计馈电网络,最后进行系统搭建并对目标靶点焦平面归一化SAR进行实测。仿真与实测结果显示了所设计的靶向天线系统精确的靶向聚焦能力。

关键词：微波热疗系统环形阵列天线多层匹配层靶向聚焦功率传输效率最大乳腺癌肿瘤

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基于RFID技术的石油钻具管理系统研制

石油钻探技术 2022年第6期50卷 107-111页

作者：张小佳刘文红申昭熙钱征华张应红周海洋中国石油集团工程材料研究院有限公司陕西西安710077 南京航空航天大学航空学院江苏南京210016 机械结构力学及控制国家重点实验室(南京航空航天大学) 江苏南京210016

为了提高钻具管理的信息化水平,研究了基于RFID技术的钻具信息采集管理系统。选择适用于钻杆的超高频RFID标签作为信息载体,采用有限元方法分析了标签安装孔对钻杆强度的影响;以超高频RFID读取技术为基础,构建了环形阵列天线结构的信息... 详细信息

为了提高钻具管理的信息化水平,研究了基于RFID技术的钻具信息采集管理系统。选择适用于钻杆的超高频RFID标签作为信息载体,采用有限元方法分析了标签安装孔对钻杆强度的影响;以超高频RFID读取技术为基础,构建了环形阵列天线结构的信息采集硬件系统,天线阵列发出的读写信号能够全向覆盖钻杆;采用.NET技术构建远程信息管理系统,实现了钻具信息采集、存储的远程无人值守;环形阵列天线及读写器安装在钻井平台下方,起下钻作业时钻杆穿过环形阵列天线,即使不知道RFID标签埋入位置也能采集到钻杆信息,通过Web端即可管理钻杆信息。试验结果表明,在RFID芯片位置未知的情况下,钻杆以0~2.00 m/s的速度运动时,系统能准确无遗漏地采集钻杆信息。基于超高频RFID技术的钻杆管理系统的研制,为石油钻具管理信息化提供了有效途径。

关键词：射频识别钻具管理系统信息采集环形阵列天线

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