基于后向辐射抑制的低剖面圆极化环天线研究

为了适应现阶段可移动终端的小型化发展趋势，设计了一种结构紧凑的低剖面高前后比圆极化环天线，可覆盖BDS-B1和GPS-L1两个工作频段。天线的辐射体采用环形贴片，使用两个不同面积的耦合馈电枝节给天线耦合馈电，实现天线的圆极化辐射。另外，深入探讨了寄生环的后向辐射抑制机理，使天线得以在结构紧凑的基础上实现了天线的高前后比，并且可实现天线的前后比与辐射效率之间的灵活调控。测试结果表明，在工作频带内，所设计的天线具有10dB以上的前后比，实际增益不低于3.25dBi，天线在3-dB轴比带宽内具有不少于3.19dBic的右旋圆极化增益。此外，所设计的天线辐射器尺寸为0.148λ0×0.148λ0（λ0为真空波长），整体尺寸为0.236λ0×0.236λ0×0.028λ0，可适用于小型化程度较高的终端设备中。     

一种Ku频段全向高增益天线设计

提出了一种工作于Ku频段的宽频带、高增益和H面全向的新型共面波导（CPW）的中心导体和左右地板交叉连接耦合馈电天线结构设计。csTMws。软件仿真结果表明,该结构在具有较小尺寸的同时,能够有效展宽工作频带和提高增益,并保持天线的全向性。利用CSTMWS。软件对天线表面电流的仿真,解释了天线具有宽带和全向高增益辐射的原因：终端加载的三角形单极天线引起CPW中心带条的电流为行驻波电流,使天线获得了较宽的阻抗带宽;10个天线辐射单元的表面电流近似等幅同相,使天线获得了全向高增益的性能。研制出了工作在Ku频段的CPW交叉连接耦合馈电天线并进行了测试。天线印刷于厚度为0．5mm的FR-4环氧树脂板上,其反射系数低于-10dB时的频带为12．4～13．5GHz,相对带宽达8．5％,H面全向最大增益为6．6dBi,表明测试结果与仿真结果吻合较好。整个天线的尺寸仅为81mm×6．1mm,可应用于Ku频段的通信系统中。     

合成孔径雷达及雷达制导导弹跟踪与探测用Ku波段宽频带平面相控阵天线

介绍了包括功率合成器和匹配网络在内的1×2、1×4和1×8子阵列天线以及8×8平面相控阵天线的完整设计、仿真与实现。阵元是U形缝矩形微带贴片天线阵元，该贴片天线阵元采用了孔径耦合馈电技术，它在17．75GHz中心频率时的阻抗带宽超过了20％。在分析过程中采用了矩量法（MoM），用的是先进设计系统（ADS）软件包中的安捷伦矩量工具。在效率约为80％的情况下，1×2、1×4和1×8子阵列分别获得了约9dBi、12dBi和14dBi的增益。在16～18GHz的频率范围内，所有子阵的回损都好于-10dB，这保证了较好的阻抗匹配。比较1×8子阵列的测量与仿真增益辐射方向图，发现它们吻合良好。开发出的这些子阵列天线及平面相控阵天线适用于各种雷达，包括合成孔径雷达（SAR）及雷达制导导弹的跟踪与探测用雷达。     

一种宽带高增益全向天线的设计

提出一种宽频带、高增益全向天线的实现方法,分析其工作原理,给出设计参数和实测结果。天线在3GHz～18GHz频带内,电压驻波比小于2,实测增益在0dBi～11dBi范围内波动,最大实测增益为10.52dBi,平均增益4.88dBi,不圆度小于±4dB。测试结果显示,天线具有良好的电特性,可以广泛应用于通信和环境监测领域。     

小型化星载Ku频段宽带扇形波束圆极化天线

为适应星载天线小型化、宽带、高性能的发展趋势,提出一种小型化星载Ku频段宽带扇形波束圆极化天线。通过在H面扇形喇叭口处加入曲折线圆极化器实现天线圆极化,将传统平面圆极化器变为半圆柱形,天线的包络尺寸减小近36%。同时,在喇叭口处增加介质透镜,在有限尺寸内将球面波调节为平面波。半圆柱极化器和介质透镜的设计可共同调节入射波束角度,提升天线的宽角波束覆盖性能。利用CST软件建立模型进行仿真,仿真结果表明：天线结构紧凑、波束覆盖范围宽,俯仰面大于11.3dBi的增益覆盖范围达90°。半圆柱极化器的设计为星载天线的小型化、低成本设计提供新的思路。     

用于太阳能电站的一种分布式功率放大反射阵天线

分布式功率放大可用于提高反射阵天线的有效全向发射功率（EIRP）。为了达到实验验证的目的,设计并制备了12×12个单元的C波段反射阵天线,单元采用正交H形槽的孔径耦合贴片结构,并集成了功率放大器以有效提高天线EIRP。对单元进行了仿真计算,频率为5.8 GHz时,在不同的微带线长度和不同的斜入射角下,单元的反射系数低于-10.0 dB,隔离度优于31.8 dB。反射阵天线样机测试结果显示,天线具有较好的辐射方向图,有源增益为37.4 dBi,方向性系数为27.3 dBi;非线性性能测试结果表明,1 dB压缩点输入功率为24.8 dBm,测量EIRP可达61.2 dBm。     

面向毫米波无线传能的新型高增益微带天线

文章提出一种面向毫米波段无线传能的新型高增益贴片天线。通过在传统的贴片天线上适当的位置周期性地引入短路探针，可将并联电感效应引入到天线中，使得天线的谐振频率升高。于是在同样的频率下，引入周期短路探针结构的贴片天线的尺寸要比不引入探针的贴片天线要大，从而实现更大的辐射面积，提高增益，其电大特性同时使得在毫米波段天线易于加工。同时，由于短路探针短路效应导致贴片边沿阻抗大幅降低，本文采用了嵌套加过渡线的方式改进了馈电结构，使得天线整体呈现良好的阻抗特性。为验证天线的有效性，设计并制作了一副工作频率为26.64 GHz的贴片天线实物。实测单天线的方向增益为11.22 dBi，比不带短路探针的天线高3.2 dBi，并在XoZ和YoZ平面分别实现了36和33度的半功率波瓣宽度。     

基于平板波导的双频双极化CTS阵列天线设计研究

针对卫星通信天线轻量化和辐射孔径复用等需求,对双频段双极化连续切向节（Continuous Transverse Stub,CTS）阵列天线进行研究。天线采用正交共口径设计,结合标准波导接口的带通滤波器和独立功分馈电网络实现了高极化隔离度特性;通过对枝节辐射能力控制和天线阵列设计,达到了兼顾增益特性的同时降低旁瓣电平的目的。仿真结果显示：天线分别在18.5～21.2 GHz和27.5～31 GHz两个频段内回波损耗小于-10 dB,旁瓣电平均小于-12 dB,端口隔离度优于80 dB,增益分别为24～27 dBi和25～27 dBi,结构简单,易于加工,剖面高度低,易于运输和共形安装。     

一种S频段具有RCS缩减特性的编码超表面

设计了一种覆盖S频段的电控1-bit编码单元，并对其进行了等效电路分析与参数优化，单元在0/1两种工作状态下相位相差180°；以此为基础完成了9×9超表面阵列设计，通过设置变容二极管两端的偏置电压，使各个超表面单元能够根据设计需求在0/1两种工作状态之间切换，从而实现反射电磁波能量干涉相消。仿真结果表明，编码超表面阵列在2 GHz~4 GHz内相对于同尺寸的金属板能够实现15 dB以上的RCS减缩。     

毫米波宽带低副瓣波导缝隙阵列天线设计

本文提出了一种毫米波宽带低副瓣波导缝隙阵列天线。该天线分为上下两层,利用下层的功分器和反相器使电磁波从上层的辐射波导的两端向中心进行馈电,激励12个非均匀波导缝隙辐射单元。该天线呈中心对称结构,结构紧凑,并使得天线的方向图具有稳定性。在辐射波导中引入二阶短路金属阶梯,并且阵列的辐射单元采用非连续的双层缝隙,拓展了天线的工作带宽。所提出的加载二阶金属阶梯双层缝隙阵列天线的阻抗带宽达到16.3%(35.35~41.55 GHz),峰值增益为16 dBi,工作频带内天线的增益下降低于2.5 dBi,副瓣电平低于-20 dB。     

一种大功率圆极化交叉对称阵子天线

为了满足大功率反射面天线的馈源设计要求,文章设计了一种大功率圆极化交叉对称阵子天线,其工作频率在1.19GHz~1.285GHz,天线整体由交叉对称阵子和开槽线巴伦组成。通过开槽线巴伦实现平衡-非平衡馈电。为了实现圆极化,通过改变对称阵子结构,在对称阵子臂相邻90°处增添一对阵子臂,形成交叉对称阵子,并通过调整阵子臂的长度,使其实现90°自相移结构,并最终实现圆极化,由于天线整体均为金属,使得天线可以承受更高的功率。该天线在119GHz~1285GHz频带内电压驻波比(votage standing wave ratio,VSWR)<1.5,圆极化轴比<3dB,实测结果表明,实测和仿真结果基本一致,天线在该频段内实现了较好的圆极化特性。     

箭上电磁环境检测接收天线研究

针对目前运载火箭舱内电磁环境愈发复杂且没有有效的测量手段的问题,研制了一种超宽带无源小型化接收天线。该天线采用多个整形单极子的方式拓展带宽并达到小型化目的。接收天线的测量频率范围覆盖500 MHz～6 GHz,尺寸约为60 mm×60 mm×100 mm。通过加入低噪声放大器,使可测量的最低电场强度不高于1 mV/m。由于多个整形极子天线存在相互干扰情况,因此接收天线在频率响应上与理论值存在差异,该差异可以通过校准进行消除。通过数值仿真和样机试验测试,该天线系统的测量能力良好,符合设计预期。将该接收天线应用装载在运载火箭舱内,可以对目前已知的箭上无线系统发射频段进行有效测量,对飞行过程中箭上真实电磁环境的确认、舱内电磁兼容设计、箭地无线链路设计具有重要作用。     

一种高效率五焦点抛物反射面天线的设计

文章介绍了一种基本抛物面轴向6i指向-20°、-10°、0°、＋10°和＋20°的五焦点抛物反射面天线的设计,波束指向分别为-17．2°、-8．67°、0°、8．67°、17．2°。通过优化基本反射面的加权系数进行反射面的赋形,使每个波束的增益趋于均匀。对于标准偏置偏焦抛物面天线,波束指向±17．2°、±8．67°和0°时的增益分别为34．87dBi、38．67dBi和40．15dBi,边缘波束与中心波束的增益差值分别为5．28dBi和1．48dBi。用文中提出的方法得出对应波束的增益分别为36．10dBi、38．48dBi和39．14dBi,边缘波束与中心波束的增益差为3．03dBi和0．66dBi,与标准抛物面相比减小了2．24dBi和0．82dBi。     

面向低轨卫星的双圆极化宽带宽角扫描阵列研究

随着卫星通信技术的日益成熟,相控阵天线被广泛应用于低轨卫星系统,提出了一种面向低轨卫星通信的新型双圆极化宽带宽角扫描阵列天线。阵列天线单元采用一种金属栅格加载的对称阵子,其工作宽带为17GHz~21GHz,相对带宽超过21%,同时金属栅格加载方法可有效展宽对称阵子波束宽度,从而在工作频段内使E面和H面波束宽度均超过140°。通过上述宽带宽波束对称阵子作为阵列天线单元,形成8×8的64单元阵面。然后,阵列天线单元经过旋转组阵,实现了双圆极化特性。由于天线单元具有宽带、宽波束性能,有效拓展了阵列波束扫描角度,即在不同旋向下,均能实现二维±60°的波束扫描。阵列在低频17GHz工作时,法向波束增益为18.2dB,当扫描离轴角为60°时,增益下降2.8dB,轴比小于2dB。在高频21GHz时,法向增益为19.6dB,当扫描离轴角为60°时,增益下降3.7dB,轴比小于3dB,具备良好的宽带宽角覆盖性能,从而在低轨卫星通信中具有广阔的应用前景。     

适合临近空间通信的Ka/V双频口径耦合天线设计

为了减缓飞行器在临近空间高速飞行时产生的等离子体鞘套“黑障”对其通信影响,根据ITU分配的临近空间3区业务频段,设计了一种在Ka/V双频段工作的口径耦合微带天线。该天线在中间缝隙开一圆孔,通过改变圆孔大小实现双频工作,并组成1×4的天线阵列,实现了在Ka和V两个频段的通信。设计结果表明：在Ka频段的-10dB带宽达到11.33%,V频段带宽达到2.52%,满足其在临近空间3区业务的通信频段。该天线易于实现,结构简单,可为临近空间通信飞行器天线设计提供参考。     

一种基于氧化锆陶瓷的宽带圆极化双环天线

随着射频系统工作频率的不断提高,介质天线因不受导体损耗影响而备受关注。基于高介电常数介质波导在其高次模截止区的漏波辐射以及陶瓷三维打印技术,提出了一种宽带圆极化双环介质天线。相比于同样是工作于行波模式的金属宽带圆极化环天线,该介质天线的漏波辐射更易产生。探究了介质波导的辐射机理,并详细展示了该介质天线的设计过程：先将漏波辐射的直介质波导弯曲成单环以实现圆极化,再把单环结构拓展为双环,从而展宽天线的工作带宽。通过对比单环与双环介质天线可以发现,双环结构的轴比带宽大约是单环的3倍,且两天线在工作频段内均具有良好的右旋圆极化特性。为了验证该天线设计的有效性,利用陶瓷光固化工艺（一种三维打印技术）制作了天线实物,其实测轴比带宽为3.94~5.1GHz,最大增益为8.6dBic。