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基于电阻型频率选择表面的超宽带紧耦合阵列

电波科学学报 2013年第6期28卷 1144-1151页

作者：胡志慧姜永华凌祥海军航空工程学院电子信息工程系山东烟台264001 海军装备研究院上海200436

针对接地板严重影响紧耦合天线阵列(Tightly Coupled Array,TCA)阻抗带宽的问题,设计了一种基于电阻型频率选择表面(Resistive Frequency Selective Surface,RFSS)的多层结构超宽带TCA,分析了电阻膜方阻及单元间耦合对阻抗带宽的影响,... 详细信息

针对接地板严重影响紧耦合天线阵列(Tightly Coupled Array,TCA)阻抗带宽的问题,设计了一种基于电阻型频率选择表面(Resistive Frequency Selective Surface,RFSS)的多层结构超宽带TCA,分析了电阻膜方阻及单元间耦合对阻抗带宽的影响,并对其扫描及未扫描时的性能进行了仿真分析.结果表明:通过在天线阵列与接地板之间加载开口谐振环结构的RFSS,可减小接地板反射,抑制天线短路点,显著增加其阻抗带宽,其辐射性能在整个带宽内均较稳定;由于RFSS加入了损耗,天线阵列增益有所降低.该多层结构TCA具有带宽宽、体积小、易共形等特点,在超宽带小型化相控阵天线中有良好应用前景.

关键词：超宽带紧耦合天线阵列电阻型频率选择表面

基于多工艺的紧耦合宽频带阵列天线研究与设计

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基于多工艺的紧耦合宽频带阵列天线研究与设计

作者：吴哲南京邮电大学

学位级别：硕士

紧耦合阵列天线相较于传统阵列天线技术,打破了阵元耦合效应对天线带宽的限制,具有易于实现超宽频带、高增益、低剖面、共形化等特性,逐渐成为了现代无线通信、卫星导航、雷达等无线通信系统方向的研究热点。现有的紧耦合阵列天线多采用... 详细信息

紧耦合阵列天线相较于传统阵列天线技术,打破了阵元耦合效应对天线带宽的限制,具有易于实现超宽频带、高增益、低剖面、共形化等特性,逐渐成为了现代无线通信、卫星导航、雷达等无线通信系统方向的研究热点。现有的紧耦合阵列天线多采用PCB工艺制造,工作带宽可以覆盖多个倍频程,但紧耦合天线阵列整体结构较复杂,在较高频率下,天线性能极易受到电路材料参数和PCB工艺精度的影响。本文基于紧耦合阵列的设计思想,引进了3D打印技术和矩形微同轴工艺,将紧耦合天线阵列的设计拓展到了毫米波频段,并对紧耦合宽带天线阵列进行了分析、设计和测试。本论文的主要工作如下:(1)通过深入分析紧耦合天线宽带工作的原理,探究了紧耦合天线阵列技术中各部分的作用以及对整体辐射性能的影响。并基于紧耦合天线的原理,设计了一款工作带宽在2-18.6GHz(VSWR≤2.5)的超宽带紧耦合双极化阵列天线单元。阵列单元由两个交叉放置的偶极子组成,通过宽带印刷Marchand Balun对其进行馈电,并在相邻两臂之间开槽放入矩形贴片增大偶极子末端耦合电容,以实现更宽的阻抗带宽。同时,采用环形电阻型频率选择性表面抑制辐射零点,进一步扩大阻抗带宽。经优化后,紧耦合天线阵元在周期边界条件下实现了2-18.6 GHz的超宽的工作带宽,同时其剖面高度仅为工作频带低频处的1/10波长,相比于传统的宽带天线阵列具有更小的剖面高度,同时具备良好的宽带性能。(2)探究了实现宽带天线加工方式的简便化可行性,通过结合3D打印工艺,设计加工了一种同轴形式Marchand Balun馈电的宽带偶极子天线,使用3D打印技术一次成型后进行表面金属化处理,最终测试结果表明天线具有1.61-3.23 GHz的工作带宽,频带内增益大于2d Bi,验证了3D打印技术制作宽带天线的可行性,并分析了受工艺影响下,电镀不同金属对天线增益的影响。(3)目前已有的紧耦合天线设计均是基于PCB印刷技术,受限于工艺精度以及传统传输线高频性能不佳的影响,设计的频段基本在K波段以下。通过紧耦合天线单元结合矩形微同轴工艺的设计方式,本文将紧耦合天线的设计拓展到了毫米波频段,很好地结合了矩形微同轴工艺高集成度、低损耗等方面的优势,设计的紧耦合天线单元满足微同轴工艺要求,工作频带达到7.3-38 GHz(VSWR≤2.5),覆盖了多个波段。

关键词：紧耦合天线阵列超宽带低剖面 3D打印矩形微同轴工艺

小型化宽带Vivaldi天线及其波束扫描阵列研究

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小型化宽带Vivaldi天线及其波束扫描阵列研究

作者：殷章飞上海大学

学位级别：硕士

随着便携式无线通信设备需求的不断增加,作为收发电磁信号的天线,需要其同时具备宽带、小型化和波束扫描的特性。Vivaldi天线是一种结构简单的超宽带行波端射天线,广泛应用于室内定位、医疗成像和相控阵雷达等无线通信系统,但是其尺寸... 详细信息

随着便携式无线通信设备需求的不断增加,作为收发电磁信号的天线,需要其同时具备宽带、小型化和波束扫描的特性。Vivaldi天线是一种结构简单的超宽带行波端射天线,广泛应用于室内定位、医疗成像和相控阵雷达等无线通信系统,但是其尺寸大、阵列的波束扫描范围小。本论文就Vivaldi天线的小型化和宽角度波束扫描性能进行了研究和设计,主要包含以下三项创新性的工作。第一,提出了一种小型化高增益的枫叶形对跖Vivaldi天线(Antipodal Vivaldi Antenna,AVA)。通过引入一对枫叶边缘形状的辐射臂,降低天线表面电流在辐射缝隙处分布的不连续性,进而在不增加天线尺寸的前提下提高天线的增益。在辐射缝隙的内侧加载两列对称的金属化过孔,调整电磁波的相位分布,进而在不降低天线增益的情况下展宽天线的波束宽度。实测结果表明,枫叶形对跖Vivaldi天线|S|天线尺寸仅为0.52λ×0.54λ×0.002λ(λ指天线最低工作频率对应的空气波长)。第二,基于镜像原理,提出了一种小型化的半模(Half Mode,HM)Vivaldi天线和阵列。HM-Vivaldi天线由一个改进的辐射臂和等效为电壁的两列金属化过孔组成,电壁上的感应电流代替辐射臂在其对称位置处的镜像电流,使天线的尺寸几乎缩减为原始的一半。在辐射缝隙处引入环形超材料,延迟电磁波的相位以纠正天线的波束指向。实测结果表明,HM-Vivaldi天线|S|天线尺寸仅为0.35λ×0.54λ×0.009λ。将天线单元按照镜像排布组成四元天线阵列,使天线沿介质基板的纵向电场分量相互抵消,降低天线的交叉极化电平并纠正方向图的不对称性。仿真结果表明,该HM-Vivaldi天线阵列在4-15 GHz工作频带内的交叉极化均低于-55 d B,E面和H面方向图的主波束均左右对称。第三,提出了两种小型化宽角度的Vivaldi波束扫描天线阵列。第一种是基于HM-Vivaldi的频率波束扫描天线阵列,阵列单元沿微带传输线串联馈电,由不同工作频率的不同相位差实现波束扫描性能。在传输线的一侧加载人工表面等离激元(Spoof Surface Plasmon Polariton,SSPP)结构,扩大阵列的波束扫描范围,仿真结果表明,该阵列|S|紧耦合理论的毫米波Vivaldi波束扫描天线阵列,通过控制辐射单元激励端口的相位实现波束扫描,并利用相邻辐射单元间的紧耦合作用来延长阵列的表面电流路径,从而进一步拓展阵列的阻抗带宽和波束扫描范围。仿真结果表明,该阵列|S|<-10 d B的阻抗带宽为22.4-30 GHz,最高增益为11.9d Bi,且在工作频带内的各频点均可以实现150°的E面宽角度波束扫描,而其阵元间距仅为0.28λ。

关键词： Vivaldi天线小型化波束扫描天线阵列频率波束扫描天线阵列紧耦合天线阵列超材料

应用于超宽带垂直偶极子紧耦合阵列的简易馈电结构

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应用于超宽带垂直偶极子紧耦合阵列的简易馈电结构

2019年全国微波毫米波会议

作者：周文阳陈益凯杨仕文电子科技大学

在现如今的紧耦合阵列设计过程中,馈电结构一般采用复杂的集成巴伦实现平衡到非平衡的转换,这样的结构会导致阵列天线不易于拓展至其他频段。本文设计了一种简单的运用耦合线巴伦的馈电结构并且针对耦合线巴伦进行了分析。由于这个馈电... 详细信息

在现如今的紧耦合阵列设计过程中,馈电结构一般采用复杂的集成巴伦实现平衡到非平衡的转换,这样的结构会导致阵列天线不易于拓展至其他频段。本文设计了一种简单的运用耦合线巴伦的馈电结构并且针对耦合线巴伦进行了分析。由于这个馈电结构非常简洁且不用进行阻抗变换,因此它可以非常轻易地被运用到其他频段的紧耦合阵列设计。馈电结构中的耦合线巴伦可以很好的实现从偶极子端到非平衡端的转换并且保持偶极子本身的阻抗匹配性能。本文提出的馈电结构相对于不使用耦合线巴伦的馈电结构能实现更好的阻抗匹配,这也论证了耦合线巴伦的重要性。

关键词：相控阵紧耦合天线阵列耦合线巴伦

来源： cnki会议评论

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基于集总电阻加载吸波器的紧耦合超宽带天线

微波学报 2017年第6期33卷 17-20,44页

作者：纪磊耿培雲王兰西安电子科技大学电子工程学院西安710071

基于集总型电阻频率选择表面吸波器,设计一款超宽带紧耦合天线阵列。在天线阵列与地板之间加入两层结构集总型电阻频率选择表面吸波器,改变天线与地板之间的传输特性,有效抑制天线短路零点出现,扩展天线带宽;同时利用天线间强耦合效应,... 详细信息

基于集总型电阻频率选择表面吸波器,设计一款超宽带紧耦合天线阵列。在天线阵列与地板之间加入两层结构集总型电阻频率选择表面吸波器,改变天线与地板之间的传输特性,有效抑制天线短路零点出现,扩展天线带宽;同时利用天线间强耦合效应,减小天线单元结构尺寸。使用集总电阻和金属环构成的吸波器代替常规阻抗型频率选择表面结构,降低天线阵列设计与加工难度,同时可有效改善天线阻抗匹配。仿真实验表明,通过调节集总频率选择表面吸波器物理结构、加载电阻阻值和天线间耦合电容值等参数,当天线单元驻波比小于3时,可实现带宽范围达12.6:1(1.5~19 GHz)的超宽带性能;并在2.2~18.3 GHz范围内具有驻波比小于2的良好匹配性能。

关键词：超宽带紧耦合天线阵列吸波器阻抗型频率选择表面集总电阻

基于电阻型频率选择表面的超宽带紧耦合相控阵天线

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微波学报 2016年第S1期32卷 123-125页

作者：王晓骁张帅西安电子科技大学天线与微波技术重点实验室西安710071

由于需要克服阵列单元之间的互耦效应和阵列栅瓣效应,传统的相控阵天线在尺寸上受到不同程度的限制,从而导致相控阵的带宽难以进一步拓宽。紧耦合相控阵天线基于单元间的耦合效应进行设计的,其通过合理利用阵列单元之间的耦合,能够有效... 详细信息

由于需要克服阵列单元之间的互耦效应和阵列栅瓣效应,传统的相控阵天线在尺寸上受到不同程度的限制,从而导致相控阵的带宽难以进一步拓宽。紧耦合相控阵天线基于单元间的耦合效应进行设计的,其通过合理利用阵列单元之间的耦合,能够有效减小天线单元的物理尺寸,进而拓宽了阵列带宽和阵列扫描角域;同时,将其与电阻型频率选择表面相结合,能够消除由反射板在对应频点因反相叠加而产生的驻波峰值,带宽能够得到进一步的展宽。从仿真结果中可以看出,文中所设计的天线单元在驻波比小于3时工作频段能够覆盖0.5~5GHz。

关键词：相控阵紧耦合天线阵列超宽带电阻型频率选择表面

基于电阻型频率选择表面的超宽带紧耦合相控阵天线

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基于电阻型频率选择表面的超宽带紧耦合相控阵天线

基于频率选择表面的超宽带紧耦合偶极子天线研究

2016年全国军事微波、太赫兹、电磁兼容技术学术会议

作者：王晓骁张帅西安电子科技大学天线与微波技术重点实验室

关键词：相控阵紧耦合天线阵列超宽带电阻型频率选择表面

来源： cnki会议评论

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基于频率选择表面的超宽带紧耦合偶极子天线研究