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一种复合左右手结构的高扫描率微带漏波天线

电子元件与材料 2022年第6期41卷 635-640页

作者：马民政王宏建刘明月中国科学院微波遥感技术重点实验室国家空间科学中心北京100190 中国科学院大学北京100049

提出了一种新型复合左右手结构微带漏波天线,利用超材料的左手特性消除开路阻带效应、曲折线单元在纵轴上的垂直偏移提高天线增益以及调节群时延法提高天线的扫描率。采用全波分析法分析了天线的阻抗带宽和辐射特性,实测结果表明在9.7~1... 详细信息

提出了一种新型复合左右手结构微带漏波天线,利用超材料的左手特性消除开路阻带效应、曲折线单元在纵轴上的垂直偏移提高天线增益以及调节群时延法提高天线的扫描率。采用全波分析法分析了天线的阻抗带宽和辐射特性,实测结果表明在9.7~11.45 GHz工作频段内,天线的回波损耗小于-10 dB,当频率从9.7 GHz变化到11.1 GHz时,主波束可以从-50°到+31°进行电子扫描且增益均大于9.8 dB。该天线具有高增益、高扫描率和小型化的优点,可以应用于轻质机载频扫雷达系统中。

关键词：复合左右手传输线漏波天线高扫描率超材料微带天线

基于复合左右手传输线的高扫描率增益稳定漏波天线设计

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基于复合左右手传输线的高扫描率增益稳定漏波天线设计

作者：梁菁华东师范大学

学位级别：硕士

波束扫描天线以其定向性高、辐射范围广的优点,在现代通信系统中扮演着重要角色。具有频率扫描特性的平面漏波天线(Leaky-wave antenna,LWA)兼具低剖面、低成本及馈电简单等优势,近年来引起了学者们的广泛研究。然而,将漏波天线应用到... 详细信息

波束扫描天线以其定向性高、辐射范围广的优点,在现代通信系统中扮演着重要角色。具有频率扫描特性的平面漏波天线(Leaky-wave antenna,LWA)兼具低剖面、低成本及馈电简单等优势,近年来引起了学者们的广泛研究。然而,将漏波天线应用到无线系统中,仍存在着诸多问题:其一,传统漏波天线在边射方向存在开路阻带现象(Open Stopband,OSB),导致波束不能实现从后向至前向的连续性扫描;其二,传统漏波天线在实现大角度扫描时需要占用较宽的频带,导致扫描率低;其三,在波束扫描范围内,天线的增益稳定性较差,会造成通信质量下降等问题。复合左右手(Composite Right/Left-Handed,CRLH)传输线与漏波天线结合能有效克服传统漏波天线存在的缺陷。CRLH单元处在平衡状态时,能够从左手工作区域无禁带地过渡到右手工作区域,有效抑制OSB,从而实现从后向到前向的扫描。基于此,本文主要设计了基于CRLH结构的高扫描率且增益稳定的漏波天线,并进一步设计了定频波束扫描漏波天线。在目前频谱资源紧缺的大环境下,两款天线都具有较好的发展潜力。论文的主要研究内容如下:1.设计了一款兼具高扫描率和增益稳定性能的CRLH LWA。从CRLH结构的基本等效电路模型出发,分析得到提高CRLH LWA扫描率的方法。然后设计了一种新型CRLH单元并构建其等效电路模型。通过调整单元结构中的缝隙宽度获得高色散特性,实现了天线的高扫描率;通过调整单元的不对称度使其具有更平稳的泄漏率,从而实现了天线的增益稳定。测试结果表明,由16个单元级联构成的一维CRLH漏波天线工作频段为5.76—6.04GHz(相对带宽为4.75%),能够实现从后向-49°至前向+46°的连续扫描,扫描率高达20。天线在工作频带内的增益为8.22—9.62dBi,波动仅为1.4dB。2.设计了一款基于单层PCB工艺的简单馈电CRLH定频波束扫描漏波天线。通过分析CRLH单元结构的电控扫描原理,设计了一种可调元件加载的CRLH单元并构建其等效电路模型。通过在单元的缝隙中加载可调变容二极管并调整其电容值,可以对单元的相位常数进行调控,从而实现对天线辐射波束的控制。所设计的天线在5.1GHz处能够实现从-34°至+34°的连续波束扫描,增益均高于10.6dBi且波动仅为2.1dB。

关键词：复合左右手传输线漏波天线频率扫描定频波束扫描高扫描率增益稳定

基于人工表面等离激元的漏波天线及其高扫描率的研究

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基于人工表面等离激元的漏波天线及其高扫描率的研究

作者：熊飞南京邮电大学

学位级别：硕士

漏波天线由于其高定向性、结构紧凑且不需要像相控阵那样复杂和昂贵的馈电网络而备受关注。随着人们日益增长的对无线系统的需要,漏波天线迎来了新的挑战,如何提高其性能并且丰富其功能成为一个重要的研究方向。人工表面等离激元作为存... 详细信息

漏波天线由于其高定向性、结构紧凑且不需要像相控阵那样复杂和昂贵的馈电网络而备受关注。随着人们日益增长的对无线系统的需要,漏波天线迎来了新的挑战,如何提高其性能并且丰富其功能成为一个重要的研究方向。人工表面等离激元作为存在于亚波长周期结构表面的电磁波,其拥有强场束缚性、可调制的色散特性和高频截止特性等特点,可用于漏波天线的设计。因此,本文基于人工表面等离激元的优势,分析和研究了传统漏波天线存在的低扫描率问题和开阻带问题,设计了三款新型漏波天线。其主要内容概括如下:（1）设计了一种新型的双导体人工表面等离激元的漏波天线。通过双导体人工表面等离激元正反两侧周期性加载正弦形贴片向外辐射电磁波,可以实现-34°到+21°的波束扫描。天线定向辐射能力强,辐射方向图半功率张角在10-20°之间,副瓣水平都低于-10d B,辐射效率高达95%。（2）设计并实现了基于微带人工表面等离激元的高扫描率的漏波天线,由于微带人工表面等离激元比一般人工表面等离激元拥有更强的色散特性,这可以极大提高其波束扫描率,在6.65-7.25GHz共600MHz的窄带内实现了99°的扫描角范围,扫描率高达165°/GHz。同时通过引入不对称的金属化通孔结构抑制了开阻带效应,使得高扫描率天线可以实现连续的扫描,稳定的定向性,平均增益达到了11d Bi。（3）设计了一款串并联混合加载的漏波天线。对于周期性结构的漏波天线来说,加载一种辐射元所引入的反射无法被完全消除,因此提出了引入互补元件实现阻抗匹配的设计方法去解决漏波天线的开阻带问题。通过串并联混合加载两种元件的感性和容性的互补,在8.1-11.6GHz频带S11都低于-10d B,阻带被完全消除,仿真最大的增益在边射方向为14.7d Bi。同时实现了从前向-53°到后向+31°的连续波束扫描,副瓣水平低于-10d B。

关键词：漏波天线开阻带人工表面等离激元高扫描率

低成本高扫描率多波束频率扫描漏波天线的设计与研究

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低成本高扫描率多波束频率扫描漏波天线的设计与研究

基于新体制终端MIMO天线和高扫描率天线的研究

2023年全国天线年会

作者：翟国华彭臻杨旺辉梁菁华东师范大学

为应对频谱资源紧张的机场监管系统,设计低成本高扫描率多波束扫描天线具有重要的研究价值。本文总结了课题组近两年提出的几类高扫描率漏波天线:基于复合左右手传输线结构的两款单波束漏波天线分别覆盖了130°和97°的扫描范围,扫描率... 详细信息

为应对频谱资源紧张的机场监管系统,设计低成本高扫描率多波束扫描天线具有重要的研究价值。本文总结了课题组近两年提出的几类高扫描率漏波天线:基于复合左右手传输线结构的两款单波束漏波天线分别覆盖了130°和97°的扫描范围,扫描率分别为18.8和16.75;基于半模基片集成波导的表面等离子体激元非对称双波束漏波天线能够扫描120°,扫描率达到13.4;基于人工表面等离子体激元的四波束漏波天线实现了80°扫描范围,扫描率达到22.9。

关键词：漏波天线高扫描率复合左右手传输线多波束

来源： cnki会议评论

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基于新体制终端MIMO天线和高扫描率天线的研究

作者：段江波杭州电子科技大学

学位级别：硕士

随着移动技术的日益演进以及用户日益增长的功能需求,无线数据流量的爆炸性增长,使得5G移动通信技术正在进行迅速的研究与开发。为了满足对数据业务的巨大需求,毫米波(Millimeter-Wave,mm W)通信技术可以获得相比对传统通信技术更大的... 详细信息

随着移动技术的日益演进以及用户日益增长的功能需求,无线数据流量的爆炸性增长,使得5G移动通信技术正在进行迅速的研究与开发。为了满足对数据业务的巨大需求,毫米波(Millimeter-Wave,mm W)通信技术可以获得相比对传统通信技术更大的带宽容量,这使得毫米波技术成为5G时代的核心技术。但是相比于微波频段,毫米波通信系统的有效通信距离会受到更严重的信号衰减,这对毫米波的设备提出更高的要求。大规模多输入多输出(massive-MIMO)也是5G通信技术的核心之一,采用大量天线单元构成的阵列将最大程度地提高频谱和能量效率。MIMO技术的应用能够在固定的频谱资源中成倍的增加数据传输量。随之而来MIMO天线单元也面临着小型化,多频段,高隔离以及5G通信技术带来的诸多问题要求亟待解决。MIMO技术以及随之引入的去耦技术,同时在5G中毫米波应用带来的空间复用技术以满足精准指向性服务的追求都成为近来研究的热门课题。因此,本文在移动终端天线设计的基本原理上,着眼于高性能的MIMO天线系统,提出了两款适合于移动终端的MIMO天线系统并对其进行了详细的性能分析以及人体模型试验。同样针对天线的波束赋形及方向图扫描等问题进行了探索,提出了一款基于超材料结构的高扫描率漏波天线。首先,本文基于单极子天线的基本理论,结合现今移动终端中通用的金属边框手机天线设计思想,设计了一款基于L型金属边框的双频段宽带2×2 MIMO天线系统。覆盖频段1.6～3.6GHz和4.2～6.1GHz,并且端口之间没有采用任何去耦结构仍能在工作频带内获得-12 d B的隔离度。详细地解释分析了由于L型金属边带的引入,对天线的小型化设计,宽带谐振以及去耦效果显著提升的机理,并对天线单元进行了细致的人体模型研究。其次,结合现今可穿戴设备的广泛应用,提出一款基于地板辐射模式的双频段MIMO天线系统。通过对地板辐射原理的详细分析,阐述了天线单元的工作原理,进一步将天线小型化同时优化谐振频段至Wi-Fi和5G低频频段。为可穿戴设备以及移动终端的MIMO系统提供了多样化的天线搭配设计。最后,重点研究了可实现高扫描率的漏波天线。通过对高扫描率漏波天线的研究现状以及漏波天线工作原理的详细分析,设计一款基于亚波长金属谐振单元的SIW结构的漏波天线。利用金属谐振单元的左手特性实现漏波天线的后向波束扫描,天线工作频带为7.13～7.33GHz,方向图波束在200 MHz的带宽内可以实现近70°的角度扫描。并对其进一步优化设计,激励漏波天线的基模产生正向辐射,实现后向到前向的连续波束扫描功能。

关键词： MIMO技术 L型金属边框地板辐射模式金属谐振器高扫描率漏波天线

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新型高扫描率漏波天线

新型高扫描率漏波天线

2021年全国天线年会

作者：王权徐魁文段江波彭亮杭州电子科技大学

本文提出了一种基于超材料的高扫描率漏波天线。通过基片集成波导(SIW)内加载两个亚波长金属谐振环,出现一个极窄的左手频带,从而获得一个高的波束扫描速率。基于此超材料高扫描率漏波天线能在7.13～7.3 GHz内(相对带宽为2.36%)实现扫... 详细信息

本文提出了一种基于超材料的高扫描率漏波天线。通过基片集成波导(SIW)内加载两个亚波长金属谐振环,出现一个极窄的左手频带,从而获得一个高的波束扫描速率。基于此超材料高扫描率漏波天线能在7.13～7.3 GHz内(相对带宽为2.36%)实现扫描波束从-55°扫描至-13°,相对带宽扫描速率可以达到17.82°/%。

关键词：超材料漏波天线高扫描率

来源： cnki会议评论

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一种高扫描率漏波天线设计

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