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作者：张顺电子科技大学

学位级别：硕士

超表面是由亚波长单元组成的二维结构,具有极低的剖面高度。由于它可以方便地对入射电磁波进行调控,实现独特的反射或透射特性,而且易于制造,近年来在多种应用中得到了广泛的探索。超表面天线是以超表面为辐射单元的天线,与微带贴片天... 详细信息

超表面是由亚波长单元组成的二维结构,具有极低的剖面高度。由于它可以方便地对入射电磁波进行调控,实现独特的反射或透射特性,而且易于制造,近年来在多种应用中得到了广泛的探索。超表面天线是以超表面为辐射单元的天线,与微带贴片天线相比,其在保持剖面较低的前提下具有更宽的带宽和更高的增益。然而,目前大多数报道的超表面天线尺寸较大,这使得它很难用于设计具有低副瓣电平和低互耦的天线阵列。因此,如何在保持高性能的同时设计出紧凑的低剖面超表面天线是一个巨大的挑战。针对这一问题,本论文借助特征模分析与模式分析两种方法,对超表面天线进行小型化设计。本论文的主要研究内容如下:1.基于特征模分析对超表面天线进行小型化的设计研究。首先,通过特征模分析,得到天线辐射单元的模式电流分布。然后,通过延长电流路径,降低模式的谐振频率,实现天线的小型化。2.通过对超表面辐射单元的规模进行分析实现天线的小型化设计。较少的超表面单元个数可以减小天线的尺寸,但也会改变天线的性能。基于特征模分析与全波仿真,讨论了辐射单元规模的变化对线极化与圆极化超表面天线性能的影响。3.通过在超表面单元上开槽实现天线的小型化设计。对由方形贴片阵列构成的天线辐射单元分别采用了H形槽加载与类分形槽加载的方法,设计了单极化与双极化的小型超表面天线。为了保证天线具有较大的前后比和较低的剖面高度,针对这两种天线分别设计了带有完整地板的馈电结构。天线的整体结构简单且易于加工。4.基于模式分析方法进行超表面天线的圆极化和小型化设计。超表面不同特征模式的谐振频率较接近,可以实现半波模式和全波模式的同时谐振。根据这两个模式的电流分布,设计了N形单元。相对于方形单元,N形单元组成的超表面不仅结构更加紧凑,还可以实现圆极化辐射。另外,比较了几种馈电结构对天线的阻抗带宽和轴比带宽的影响。

关键词：小型化超表面天线特征模分析圆极化双极化

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基于超表面天线的自适应抗干扰方案

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电信科学 2024年

作者：郭予泽金梁许晓明马克明裴宸信息工程大学

针对传统抗干扰方案无法根据不同类型干扰形式选择合适抗干扰策略的问题，提出了一种基于超表面天线的自适应抗干扰方案，根据期望信号和干扰信号的入射方向判断干扰的类型并制订针对性抗干扰方案。首先，设计了一种改进的稀疏度自适应... 详细信息

针对传统抗干扰方案无法根据不同类型干扰形式选择合适抗干扰策略的问题，提出了一种基于超表面天线的自适应抗干扰方案，根据期望信号和干扰信号的入射方向判断干扰的类型并制订针对性抗干扰方案。首先，设计了一种改进的稀疏度自适应匹配追踪算法（sparsity adaptive matching pursuit，SAMP）进行波达方向（direction of arrival，DOA）估计，可以利用超表面天线的多维观测能力在少快拍采样下实现高精度相干信号源的信源数与DOA联合估计。其次，利用信号的DOA信息判断主瓣干扰和旁瓣干扰的存在性并选择对应的抗干扰策略。当存在主瓣干扰时，利用超表面天线的多维观测能力将改进阻塞矩阵预处理结构配置在天线上实现主瓣干扰抑制。当存在旁瓣干扰时，采用一种二次不等式线性功率最小化算法实现抗干扰。当两种干扰形式同时存在时，采用阻塞矩阵和波束成形联合抵抗干扰。仿真结果表明，所提方案针对不同干扰类型均有较好的信干噪比（signal interference noise ratio，SINR）提升，当主瓣干扰和旁瓣干扰同时存在时，相较于传统方案最高可具有6 dB的增益提升。

关键词：超表面天线主瓣干扰旁瓣干扰 DOA估计

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一种低剖面的宽带双极化超表面天线

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无线电工程 2022年第2期52卷 244-249页

作者：顾怡敏杨雪霞上海大学通信与信息工程学院上海200444

提出了一种低剖面的宽带双极化超表面天线。天线由正交微带线馈电,通过方形驱动贴片激励上层超表面层。该超表面由4×4的方形贴片构成。当垂直/水平极化端口激励时,超表面天线工作在TM_(10)/TM_(01)和反向TM_(20)/TM_(02)模。为了拓展... 详细信息

提出了一种低剖面的宽带双极化超表面天线。天线由正交微带线馈电,通过方形驱动贴片激励上层超表面层。该超表面由4×4的方形贴片构成。当垂直/水平极化端口激励时,超表面天线工作在TM_(10)/TM_(01)和反向TM_(20)/TM_(02)模。为了拓展天线的带宽,在超表面上额外刻蚀了4条较宽的缝隙,并在驱动贴片两侧加载了2个寄生条带。此外,将微带线略偏移馈电边的中心,以提高天线的隔离度。天线剖面仅为0.065λ_(0)(λ_(0)为中心频率在真空中的波长)。加工和测试了天线样品,测试结果表明,天线的反射系数|S_(11)|<-10 dB带宽为43.8%(8.76~13.74 GHz),带内隔离度大于16.8 dB,增益在5.5~9.2 dBi范围,交叉极化为-14.4 dB。考虑加工误差后,仿真结果与测试值较为吻合。

关键词：双极化宽带天线超表面天线低剖面

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低剖面可重构超表面天线的研究与设计

低剖面可重构超表面天线的研究与设计

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作者：林艺香桂林电子科技大学

学位级别：硕士

近年来,随着5G通信与卫星通信的融合与发展,空间卫星“织网”的密度越来越大。卫星数量的增加导致了空间轨道和频谱资源日益紧缺,而具有动态适应频率分配、灵活调控电磁波的可重构天线能很好的解决这一问题。因此,本文以可重构天线展开... 详细信息

近年来,随着5G通信与卫星通信的融合与发展,空间卫星“织网”的密度越来越大。卫星数量的增加导致了空间轨道和频谱资源日益紧缺,而具有动态适应频率分配、灵活调控电磁波的可重构天线能很好的解决这一问题。因此,本文以可重构天线展开研究,一方面,提出平面微带天线作为馈源以降低系统剖面,另一方面,利用有源超表面的可调特性实现天线的频率可重构、多波束及波束扫描。具体研究内容如下:1.低剖面频率可重构超表面天线的研究与设计。研究了人工磁导体(Artificial Magnetic Conductor,AMC)加载变容二极管的频率可调原理,并利用AMC的同相反射特性,将其作为微带天线的反射板,设计了低剖面、多频带可调的频率可重构天线。研究表明,AMC与天线间的距离仅为8mm(0.07λ),可调带宽为1.64GHz-4.16GHz(88.2%),峰值增益达到10.65d Bi,相比未加载超表面时带宽增加了47%,增益提高了5.65d Bi。2.透射型和反射型超表面波束扫描天线的研究与设计。基于超表面的幅度调制特性,研究了加载PIN二极管的超表面天线实现波束扫描的原理。根据该原理,将超表面与宽波束馈源天线结合,设计了两副低剖面波束扫描超表面天线。分析表明,透射型超表面天线在3.5GHz实现了H面±97°的波束扫描,峰值增益为6.81d Bi;反射型超表面天线在2.6GHz实现了H面±45°波束扫描,增益可达到10d Bi,且偏置网络对天线辐射影响更小。3.高增益、多功能波束调控超表面天线的研究与设计。基于广义斯涅尔定律,设计了具有180°相位差的1bit反射型超表面单元,并基于反射型波束调控原理提出了超表面的编码排布方法。通过MCU开发板实时控制每个PIN二极管的状态,实现了天线波束的任意调控。针对天线增益不足的缺陷,根据透镜理论设计了高透过率的频率选择表面。仿真和实测结果表明,天线与超表面间的距离仅为5mm(0.06λ),在3.45GHz-3.54GHz内实现多波束和二维波束扫描;加载透镜后,天线单波束的增益提高了4.6dBi。

关键词：超表面天线低剖面频率可重构波束扫描多波束

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低剖面极化可重构超表面天线

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电波科学学报 2021年第6期36卷 912-917页

作者：张永亮方琴巫钊魏永峰内蒙古大学交通学院呼和浩特010021 内蒙古大学电子信息工程学院呼和浩特010021 玉林师范学院物理与电信工程学院玉林537006

提出了一种低剖面极化可重构超表面天线.天线由三部分组成:3×4金属矩形贴片阵列组成的超表面覆层、缝隙耦合天线和直流偏置控制电路.电路包括8个PIN二极管开关组成的四对开关(PIN1,PIN2,PIN3和PIN4)和直流偏置线,通过控制上述四对PIN... 详细信息

提出了一种低剖面极化可重构超表面天线.天线由三部分组成:3×4金属矩形贴片阵列组成的超表面覆层、缝隙耦合天线和直流偏置控制电路.电路包括8个PIN二极管开关组成的四对开关(PIN1,PIN2,PIN3和PIN4)和直流偏置线,通过控制上述四对PIN开关的工作状态,天线可以在线极化、左旋圆极化和右旋圆极化三种极化状态之间转换.对天线样机进行了加工并给出了实测反射系数、实际增益、轴比和归一化辐射方向图,结果表明:天线在不同工作状态下的共享工作频带为4~5.4 GHz,−10 dB阻抗带宽为29.8%;3 dB轴比带宽为8.3%,从4.6~5 GHz;各状态下的实测增益相差不大,其平均增益都大于5 dBi.仿真结果与实测结果吻合良好.

关键词：低剖面超表面极化可重构线极化圆极化超表面天线

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