一种低轨卫星通信锥台共形阵列天线设计

电子设计工程Electronic Design Engineering 第26卷Vol.26第14期No.142018年7月Jul.2018

收稿日期：2017-12-08稿件编号：201712038基金项目：国家自然科学基金（61601295）；科技部国家重点研发计划（2017YFB0502902）；上海市扬帆计划

（16YF1411000）；中科院创新基金（CXJJ-16S033）

作者简介：李凯（1991—），男，山东莱芜人，硕士研究生。研究方向：卫星移动通信。现代低轨小卫星具有设备复杂度低（易小型

化）、通信时间延迟小、功能与抗毁性强、安全性高、

应急能力与灵活性强、实用性与可靠性高、系统建设

周期短、投资和发射与运营成本相对较小等特点[1]，

在科学探测、数据通信和消息传输等领域有着广泛

的应用。因此，对具有高增益、轻量化、低仰角等特

点的低轨卫星通信终端天线的需求日益迫切[2]。目前，为了使星载终端天线达到全空域波束覆盖的目的，阵列天线主要采用多面阵列天线、抛物面天线以及共形（曲面）阵列天线3种[3]。文献[4-7]将传统平面阵进行倾斜，使其与水平面形成一定的倾角，这样的阵列利用自有的倾角可以实现主瓣指向更大的俯仰角度，但这种设计会导致旁瓣相对较一种低轨卫星通信锥台共形阵列天线设计

李凯1，2，3，赵璐璐2，梁广2，吴迪2，余金培1，

2（1.中国科学院上海微系统与信息技术研究所，上海200050；2.上海微小卫星工程中心上海201210；

3.中国科学院大学北京100049）

摘要：针对平面阵列天线俯仰角指向角度有限的不足，设计了一种可实现全空域覆盖的卫星通信锥台共形阵列天线。该阵列采用类圆形的锥台形状，顶面为一平面阵列，侧面由12条棱面围合而成，其顶部平面阵列形成的波束覆盖上半空间的大部分区域，侧面12个棱面产生的波束分别覆盖低仰角空域。利用软件分析了锥台共形阵列天线在全空域时的方向图和增益特性，同时考虑实际应用时的阴影效应，使用锥台不同位置的阵元对不同空域进行波束形成。仿真结果表明该锥台共形阵列天线在全空域内波束覆盖良好。

关键词：锥台共形阵；全空域；波束形成；卫星通信

中图分类号：TN823.15文献标识码：A 文章编号：1674-6236（2018）14-0048-05

Design of truncated cone array antenna for LEO satellite communication

LI Kai 1，2，3，ZHAO Lu?lu 2，LIANG Guang 2，WU Di 2，YU Jin?pei 1，

2（1.Shanghai Institute of Micro ?system and Information Technology ，Chinese Academy of Science ，Shanghai

200050，China ；2.Shanghai Engineering Center for Micro ?satellite ，Shanghai 201210，China ；3.University of Chinese Academy of Sciences ，Beijing 100049，China ）

Abstract:Aiming at the limited Angle of the planar array antenna ，a satellite communication truncated cone array antenna with full airspace coverage is designed.The array adopts the type of conical shape ，its top surface is a planar array ，and the cone side surface is surrounded by a combination of 12edges.The beam formed by the top planar planar array covers most area of the high elevation and the 12edges cover

the low elevation area.The antenna directional pattern and gain characteristics of the truncated cone array antennain the full airspace is analyzed by software.At the same time ，the shadow effect in practical application is considered ，and the beams in different direction domains are formed by the array elements of different positions.The simulation results show that the truncated cone array antenna has good directional patterns.Key words:truncated cone array ；full airspace ；beamforming ；satellite communications --48

基于HFSS的4_24微带阵列天线的研究与设计_惠鹏飞

第26卷第5期 齐 齐 哈 尔 大 学 学 报 Vol.26,No.5 2010年9月 Journal of Qiqihar University Sep.,2010 基于HFSS 的4×24微带阵列天线的研究与设计 惠鹏飞，夏颖，周喜权，陶佰睿，苗凤娟 （齐齐哈尔大学 通信与电子工程学院，黑龙江 齐齐哈尔 161006） 摘要：微带阵列天线的馈电方式有微带线馈电和同轴馈电两种方式，本文利用HFSS软件对微带阵列天线进行了研 究，分析了两种馈电方式的传输损耗及其对天线方向图的影响，利用模块化的设计方法实现了一种基于同轴线馈 电结构的多元矩形微带阵列天线。在HFSS仿真设计环境里对天线进行了物理建模，该微带阵列天线的方向图特性 良好，工程上实现比较方便。 关键词：微带阵列天线；模块化设计；HFSS 仿真；物理建模；方向图 中图分类号：TN820.1 文献标识码：A 文章编号：1007-984X(2010)05-0009-04 随着无线电技术的发展，微带天线在许多领域得到了越来越广泛的应用，主要应用场合包括：卫星通信、多普勒雷达及其它制式雷达、导弹遥测系统、复杂天线中的馈电单元等[1] 。微带天线通常采用天线阵列的形式，由馈电网络控制对天线子阵的激励幅度和相位，以获得高增益、强方向性等特点。 微带阵列天线的馈电方式主要有微带线馈电和同轴线馈电方式两种。利用微带线馈电时，馈线与微带贴片是共面的，因此可以方便地光刻，但缺点是损耗较大，在高效率的天馈系统里的应用受到较大限制[2]。本文首先对微带馈电网络产生的损耗进行了详细分析，利用HFSS 软件设计了2×4结构的微带子阵，采用同轴馈电的方式，利用模块化设计方法和方向图叠加原理最终实现了4×24矩形微带阵列天线，仿真设计结果表明，该大型矩形微带阵列天线的各项指标参数良好，设计思想得到了很好的验证。 1 微带阵列及馈电网络损耗分析 1.1 微带阵列理论 微带天线单元的增益较小，一般单个贴片单元的辐射增益只有6～8 dB，为了实现远距离传输和获得更大的增益，尤其是对天线的方向性要求比较苛刻的场合，常采用由微带辐射单元组成的微带阵列天线，如果对增益要求较高，可采用大型微带阵列天线结构[3]。 首先分析平面微带阵列天线的激励电流与电场分布情况，无论是线天线还是面天线，其辐射源都是高频电流源，天线系统将高频电流源的能量转换成电磁波的形式发射出去，讨论电流源的辐射场是分析天线的基础。假设由若干相同的微带天线元组成的平面阵结构，建立三维坐标系分析阵列天线的场量分布情况。以阵列的中心为坐标原点，天线在x 轴方向和y 轴方向的单元编号分别用m 和n 表示。以原点天线单元为相位参考点，为了简化分析，假设阵列中各单元间互耦影响可以忽略不计，各单元激励电流为 j()e xs ys m n mn I ψψ?+，天线阵在远区的辐射总场(,)E θ?为 ()(,)(,)E f S θ?θ?θ??,= 式中，(,)f θ?为阵元的方向性函数，(,)S θ?为平面阵的阵方向性函数。平面阵因子是两个线阵因子的乘积，可以利用线阵方向性分析的结论来分析平面阵列的方向性。 1.2 馈电网络及损耗分析 天线只有承载高频电流才能有电磁波辐射，馈线指将高频交流电能从电路的某一段传送到另一段所用 的设备，对天线的馈电包括对单元天线的馈电和阵列天线的馈电两种形式。当利用传输线对阵列结构进行 收稿日期：2010-06-06 基金项目：齐齐哈尔市科技局工业攻关项目（GYGG-09011-2） 作者简介：惠鹏飞（1980-）,男，辽宁凌源人，讲师，硕士，主要从事雷达极化信息处理的研究，weibo505@https://www.wendangku.net/doc/c59790723.html,。

(完整版)射频微带阵列天线设计毕业设计

射频微带阵列天线设计 摘要 微带天线是一种具有体积小、重量轻、剖面低、易于载体共形、易于与微波集成电路一起集成等诸多优点的天线形式，目前已在无线通信、遥感、雷达等诸多领域得到了广泛应用。同时研究也发现由于微带天线其自身结构特点，存在一些缺点，例如频带窄、增益低、方向性差等。通常将若干单个微带天线单元按照一定规律排列起来组成微带阵列天线，来增强天线的方向性，提高天线的增益。 本文在学习微带天线和天线阵的原理和基本理论，加以分析，利用Ansoft 公司的高频电磁场仿真软件HFSS，设计了中心频率在10GHz的4元均匀直线微带阵列，优化和调整了相关参数，然后分别对单个阵元和天线阵进行仿真，对仿真结果进行分析，对比两者在相关参数的差异。最后得到的研究结果表明，微带天线阵列相较于单个微带天线，由于阵元间存在互耦效应以及存在馈电网络的影响，微带阵列天线的回波损耗要大于单个阵元。但是天线阵列增益明显大于单个微带天线，且阵列天线比单个阵元具有更好的方向性。

关键词：微带天线微带阵列天线方向性增益 HFSS仿真 Design of Radio-Frequency Microstrip Array Antenna ABSTRACT Microstrip antenna is a kind of antenna form with many advantages like,small size, light weight, low profile, easy-to-carrier conformal, easy integration with many other of microwave integrated circuits and so on. Now microstrip array wildly applied in the filed of wireless

5g微带阵列天线

5G 微带阵列天线 要求：利用介质常数为2.2，厚度为1mm ，损耗角为0.0009的介质，设计一个工作在5G 的4X4的天线阵列。 评分标准： 良：带宽〈7% 优：带宽〉7%且效率大于60% 1微带辐射贴片尺寸估算 设计微带天线的第一步是选择合适的介质基板，假设介质的介电常数为r ε，对于工作频率f 的矩形微带天线，可以用下式设计出高效率辐射贴片的宽度W ，即为： 1 21()2 r c w f ε-+= 式中，c 是光速，辐射贴片的长度一般取为/2e λ；这里e λ是介质的导波波长，即为： e λ= 考虑到边缘缩短效应后，实际上的辐射单元长度L 应为： 2L L = -? 式中，e ε是有效介电常数，L ?是等效辐射缝隙长度。它们可以分别用下式计算，即为： 1 211 (112)22r r e h w εεε-+-= ++

(0.3)(/0.264) 0.412 (0.258)(/0.8) e e w h L h w h ε ε ++ ?= -+ 2.单元的仿真 由所给要求以及上述公式计算得辐射贴片的长度L=19.15mm,W=23.72mm。采用非辐射边馈电方式，模型如图1所示： 图1 单元模型 此种馈电方式，可以通过移动馈电的位置获得阻抗匹配，设馈电点距离上宽边的偏移量为dx,经仿真得到当dx=4mm时，阻抗匹配最好。另外，之前计算出的尺寸得到的谐振点略有偏移，经过仿真优化后贴片尺寸变为L=19mm,W=23.72mm。仿真结果图如图2，图3所示。

图2 S11参数 图3 增益图 从图中可以看出谐振点为5GHz，计算的相对带宽为2.2%，增益为5.78dB。 2. 2×2阵列设计

5G阵列天线设计

5G阵列天线设计 5G——第五代无线通信技术，作为全球性的暴热话题已经是不争的事实。如众多专家所述，该技术将带来更低时延、更快速率的数据通信，并将导致互联设备的爆发式增长。 5G网络的更大带宽需求，要求必须彻底重新设计天线阵列，从单元到阵列，到馈电网络，到全模型验证和应用场景评估，都需要做完善的精细化仿真和优化设计。 通过ANSYS HFSS的帮助，只需八个步骤，就能轻松完成5G天线阵列的设计和综合验证。更方便的是，HFSS还能帮助工程师优化各项天线性能指标，如： 增益— 最强的信号辐射方向。 波束控制— 能够将信号辐射控制在某个方向上。 回波损耗— 从天线反射回来的回波能量。 旁瓣电平— 不需要的信号辐射方向。 设计流程结束后，获得的阵列天线聚焦增益更高、回波损耗及旁瓣电平最低，而且方向可控制。 第1步：通过HFSS天线工具箱（ATK）找到天线单元模板 5G天线阵列设计的第1步是通过HFSS天线工具箱（ATK）找到合适的天线单元模板。该天线单元将定义一个最终用于复制成一系列天线（天线阵列）中的相同部分。

先从天线工具箱（ATK）的库中选择一个天线类型，然后输入工作频率及天线基板属性。 数秒后，天线工具箱（ATK）将生成天线单元的初始几何结构。然后，HFSS 还可计算天线单元的增益及回波损耗等指标特性。 第2步：将天线单元代入天线阵列 有了天线单元后，工程师就可将其代入一个周期阵列中。把单元代入一系列复制设计中，有助于提高增益。 在第一步中，天线单元是自行评估的。现在可使用无限大天线阵列的周期单元重复评估这一过程。 很容易理解，阵列内其它天线的距离会影响增益、回波损耗、旁瓣回波及波束控制等特性。当然，也可通过调整天线方位来优化这些特性。 选定最佳阵列方位后，可通过定义阵因子，将无限大阵列改为理想化的有限大阵列。 本例中仿真了一个16x16的正方形天线阵列。 第3步：使用域分解方法设计有限大天线阵列

线极化微带天线阵列的设计

线极化微带天线阵列的设计 摘要 微带、微波起源于上世纪中期，在上世纪末就已经展开了对实用天线的研究并制成了第一批实用天线，现在微带天线方面，无论在理论还是应用，都已经取得了很大进展，并在深度和广度上都获得了进一步发展。微带天线技术越来越成熟，其应用与我们的生活、军事、科技都息息相关。体积小、重量轻、剖面薄是微带天线优于普通天线的特点，并且它适合用于印刷电路技术大批量生产，所以能够制成与导弹、卫星表面相共型的结构。因此微带天线在军事、无线通信、遥感、雷达等领域得到了广泛的应用。但是根据微带天线自身的结构特点，仍存在一些缺点，例如频带窄、效率低、增益低、方向性差。解决这些问题的方法就是：将若干个天线单元有规律的排列起来，通过利用这些天线单元构成天线阵列，从而来提高天线的增益、增强天线的方向性。 本文在学习微带天线理论及微带天线阵列基本理论的基础上，利用高频电磁仿真软件HFSS对阵列天线进行仿真设计。设计了中心频率在5.8GHz的阵列天线，对天线的特性进行了深入细致的研究。分别对单个天线阵元和天线阵列进行了仿真，天线阵列的增益明显大于单个微带天线，且方向性更好。因此采用天线阵列的形式进行仿真并对结果中各相关参数进行对比分析差异，优化调整了相关参数。仿真天线的各项指标均达到要求，进行了对实物的加工，在微波暗室内测试出天线的相关参数并与设计指标、仿真结果进行比较，最终达到了设计要求。 关键词：微带天线天线阵方向性增益 HFSS仿真

ABSTRACT Microstrip, microwave, originated in the middle of the last century, in the end of la st century has launched the research of practical antenna and made the first batch of pra ctical antenna, the microstrip antenna has made breakthrough progress now, no matter in theory or application on the depth and width of further development, this new antenna has been increasingly mature, its application to our daily life, military, science and techn ology are closely related. Compared with the common antenna microstrip antenna with small volume, light weight, the characteristics of thin section, it can be made with missil e and satellite surface phase structure, and suitable for mass production printed circuit te chnology. Therefore, microstrip antenna has been widely used in wireless communicatio n, remote sensing and radar. However, according to the structure of microstrip antenna, t here are still some shortcomings, such as narrow band, low efficiency, low gain and poo r directivity. The way to solve these problems is to arrange a number of antenna element s in a regular arrangement, and make up the antenna array to improve the gain and direc tion of the antenna. Based on the theory of microstrip antenna and basic theory of microstrip antenna ar ray, HFSS is used to analyze the array antenna. The array antenna with the center freque ncy of 5.8GHZ is designed, and the characteristics of the antenna are studied in detail. T he gain of antenna array is obviously larger than that of single microstrip antenna, and t he direction is better. Therefore, the antenna array was used for simulation and the corr elation parameters in the results were compared and analyzed, and the correlation param eters were optimized and adjusted. Simulation of the antenna of the indicators are up to par, the physical processing, and testing in microwave dark room to the related paramete rs of the antenna, and comparing with design index, the simulation results, finally reach ed the design requirements. Keywords: miccrostrip antennas antenna array directivity gain HFSS simulation

12.5GHz 4×4微带天线阵列的设计详细教程

12.5GHz 4×4微带天线阵列的设计详细教程 随着无线通信技术的迅速发展，小型化、大容量的通信系统成为现在以至于为来的主要发展目标。由于双极化天线具有同频段的双通道通信、提高通信容量、实现双工操作、可以提高系统灵敏度、抗多径效应等性能，从而日益得到人们的青睐。由于微带贴片天线在馈电方式和极化制式的多样化，以及馈电网络、有源电路集成一体化等方面具有很多的优点，从而采用双极化天线成为提高通信容量的一种比较实际的做法。目前常用的双极化工作方式主要有两类，第一就是利用方贴片作为辐射单元，对方贴片天线采用正交边双馈电就能激励一对极化方向相互垂直的辐射波。第二就是利用不同层的天线阵列分别实现不同的极化，缺点是结构复杂，制作困难，造价高。我们采用在同一平面上实现两种极化方式，贴片单元的馈电方式却不用改变。本文就是设计实现了这种双极化微带天线阵列的组阵单元－44天线阵列。 1 微带天线阵列的设计本文采用的贴片天线的基本结构如图1所示，其中图（a）为天线结构，由贴片层、介质层和接地层组成。图（b）为微带贴片单元的基本结构。通过调整微带贴片单元的馈电方式就可以实现水平、垂直极化两种极化方式。图（c）为最基本的组阵单元22的结构图。 设计过程中贴片层和接地层都采用铜，介质层采用介电常数为 2.2的Rogers RT/duroid 5880。根据天线工作的中心频率12.5GHz，微带贴片天线单元的长和宽、反馈部分的长宽、组阵单元之间的阻抗匹配以及其他相关数据都可以通过计算或者仿真优化得到。根据以上的计算及仿真数据，我们制成了天线的PCB板，44微带天线阵列的实物图如图2所示。 我们通过Ansoft HFSS仿真软件对天线阵列首先进行了仿真计算，图3为44微带天线阵列驻波和增益的仿真图。从左图的驻波仿真结果中，可以看到天线阵列在12.5GHz时的驻波为1.2左右；从右图的增益仿真结果中可以看到，天线阵列的增益可以达到20dB左右。然后将制成的PCB板拿到微波暗室中对其进行实际测试（暗室的长、宽、高分别为15m、

5.8GHz通信系统阵列天线设计与校正

5.8GHz通信系统阵列天线设计与校正 本文针对5.8GHz点对多点通信系统,设计中心站和用户站使用的天线阵列,并设计针对智能天线和大规模相控阵天线的校正算法。针对中心站用的全向天线的高性能要求,设计了并行馈电的天线阵列。为了避免并行馈电网络影响天线的全向性,采用了三扇区天线合成全向覆盖的方案,每个扇区天线是一个贴片天线阵列。而每个天线单元又是一个寄生贴片天线阵列。通过改变寄生单元的负载,可以调整扇区天线波束宽度,使之满足扇区天线的-6dB波束宽度为120°的要求,从而使整个天线阵达到良好的全向性。针对用户站用的定向天线的性能要求,采用基于基片集成波导的平板缝隙天线阵作为解决方案。与传统的金属平板波导相比,基片集成波导具有成本低廉,集成度高等优点。但是基片集成波导的宽高比很大,因此缝隙天线阵的带宽较窄。在本论文中,分析了波导缝隙天线的带宽与其组阵方式和馈电波导宽高比的变化规律,并且提出了用扼流槽扩展带宽的方案。最后实现一个平面化的波导缝隙天线阵,该天线具有8.1%的 带宽和–25~–32dB的低旁瓣性能。在相控阵天线、智能天线以及其他有源天 线阵中,需要对每个天线单元的射频通道的不一致性进行校正。基于经典的旋转矢量法,本文提出了用于大规模相控阵天线校正的分组旋转矢量法。该方法同时旋转多个天线单元的信号源的相位,能够使被测信号的起伏显著增加。从而克服了经典方法中被测信号幅度变化不明显,难于检测的缺点。误差估计和仿真校正结果显示,该方法能够提高测量精度,改善校正效果。初步的试验表明,该方法具有可行性。 【相似文献】 [1]. 苏道一,傅德民,尚军平.一种快速测量与故障检测相控阵天线的新方法[J].雷达科学与技术, 2005,(01) [2]. 唐宝富,束咸荣.低副瓣相控阵天线结构机电综合优化设计[J].现代雷达, 2005,(03) [3]. 郭琳,朱小三,邹永庆.一种宽波束相控阵天线单元[J].雷达科学与技术, 2007,(02) [4]. 童央群,郭继昌.一种改进的红外焦平面非均匀性校正算法[J].光电工程, 2005,(05) [5]. 公毅.控制位数有限的自适应相控阵天线[J].现代雷达, 1983,(02) [6]. 劳金玉.FM和TV二频道天线通过鉴定[J].广播与电视技术, 1990,(02) [7]. 李鹏程.S波段四位数字移相器[J].遥测遥控, 1993,(04) [8]. M.S.Stiglitz,廖庆芳.1985年相控阵会议论文介绍[J].现代雷达, 1987,(01) [9]. 薛锋章,倪晋麟.L波段共形相控阵天线单元的研制[J].微波学报, 1997,(01) [10]. 朱小三,吴先良.一种宽波束微带贴片天线的实验研究[J].安徽建筑工业学院学报(自然科学版), 2006,(05) 【关键词相关文档搜索】：电子科学与技术; 全向天线; 平板缝隙天线阵; 相控阵天线; 校正 【作者相关信息搜索】：清华大学;电子科学与技术;冯正和;刘明罡;

阵列天线分析与综合

阵列天线分析与综合 前言 任何无线电设备都需要用到天线。天线的基本功能是能量转换和电磁波的定向辐射或接收。天线的性能直接影响到无线电设备的使用。现代无线电设备，不管是通讯、雷达、导航、微波着陆、干扰和抗干扰等系统的应用中，越来越多地采用阵列天线。阵列天线是根据电磁波在空间相互干涉的原理，把具有相同结构、相同尺寸的某种基本天线按一定规律排列在一起组成的。如果按直线排列，就构成直线阵；如果排列在一个平面内，就为平面阵。平面阵又分矩形平面阵、圆形平面阵等；还可以排列在飞行体表面以形成共形阵。 在无线电系统中为了提高工作性能，如提高增益，增强方向性，往往需要天线将能量集中于一个非常狭窄的空间辐射出去。例如精密跟踪雷达天线，要求其主瓣宽度只有1/3度；接收天体辐射的射电天文望远镜的天线，其主瓣宽度只有1/30度。天线辐射能量的集中程度如此之高，采用单个的振子天线、喇叭天线等，甚至反射面天线或卡塞格伦天线是不能胜任的，必须采用阵列天线。 对一些雷达设备、飞机着陆系统等，其天线要求辐射能量集中程度不是很高，其主瓣宽度也只有几度，虽然采用一副天线就能完成任务，但是为了提高天线增益和辐射效率，降低副瓣电平，形成赋形波束和多波束等，往往也需要采用阵列天线。 在雷达应用中，其天线即需要有尖锐的辐射波束又希望有较宽的覆盖范围，则需要波束扫描，若采用机械扫描则反应时间较慢，必须采用电扫描，如相控扫描，因此就需要采用相控阵天线。 在多功能雷达系统中，既需要在俯仰面进行波束扫描，又需要改变相位展宽波束，还需要仅改变相位进行波束赋形，实现这些功能的天线系统只有相控阵天线才能完成。 随着各项技术的发展，天线馈电网络与单元天线进行一体化设计成为可能，高集成度的T/R组件的成本越来越低，使得在阵列天线中的越来越广泛的采用，阵列天线实现低副瓣和极低副瓣越来越容易，功能越来越强。等等。 综上所述，采用阵列天线的原因大致有如下几点：

阵列原计划微带天线设计要点

编号：毕业设计(论文)说明书 题目：圆极化微带4单元阵列天线 学院： 专业： 学生姓名： 学号： 指导教师： 职称： 题目类型：理论研究实验研究工程设计工程技术研究软件开发 2012 年 6 月 5 日 摘要

圆极化天线具有一些显著的优点: 任意线极化的来波都可以由圆极化天线收到, 圆极化天线辐射的圆极化波也可以由任意极化的天线收到; 圆极化天线具有旋向正交性, 圆极化波入射到对称目标反射波变为反旋向等。正是由于这些特点使圆极化天线具有较强的抗干扰能力, 已经被广泛地应用于电子侦察和干扰,通信和雷达的极化分集工作和电子对抗等领域。

目录 第一章微带天线简介 ............................. 错误!未定义书签。

§1.1微带天线的发展............................. 错误!未定义书签。 §1.2微带天线的定义和结构....................... 错误!未定义书签。 §1.3微带天线的优缺点........................... 错误!未定义书签。 §1.4微带天线的应用 (6) 第二章微带天线的辐射原理与分析方法.............. 错误!未定义书签。 §2.1微带天线的辐射原理......................... 错误!未定义书签。 §2.2微带天线的分析方法......................... 错误!未定义书签。 §2.2.1 传输线模型法 (8) §2.2.2 空腔模型法........................... 错误!未定义书签。 §2.2.3 积分方程法........................... 错误!未定义书签。 §2.3微带天线的馈电方法......................... 错误!未定义书签。 第三章圆极化微带天线单元的设计与仿真............ 错误!未定义书签。 §3.1A NSOFT HFSS高频仿真软件的介绍............... 错误!未定义书签。 §3.2微带天线圆极化技术 (14) §3.2.1 圆极化天线的原理..................... 错误!未定义书签。 §3.2.2 圆极化实现技术 (15) 第四章圆极化微带4单元阵列天线的设计与仿真...... 错误!未定义书签。 §4.1圆极化微带天线单元的设计与仿真............. 错误!未定义书签。 §4.1.1圆极化微带天线单元的设计仿真......... 错误!未定义书签。 §4.1.2天线单元轴比的优化................... 错误!未定义书签。 §4.2馈电网络的仿真与设计....................... 错误!未定义书签。 §4.2.1两路微带等功率分配器的设计与仿真..........错误!未定义书签。 §4.2.2连续旋转馈电网络............................错误!未定义书签。 §4.3圆极化阵列天线模型的设计与仿真 ............. 错误!未定义书签。 §4.3.1阵列天线的创建与仿真................错误!未定义书签。 §4.3.2阵列天线的优化设计................错误!未定义书签。 第五章结论 致谢........................................... 错误!未定义书签。 参考文献错误!未定义书签。

5g微带阵列天线讲解

5G微带阵列天线 要求：利用介质常数为2.2，厚度为1mm损耗角为0.0009的介质，设计一个工作在5G的4X4的天线阵列。 评分标准： 良：带宽〈7% 优：带宽〉7%且效率大于60% 1微带辐射贴片尺寸估算 设计微带天线的第对于工作频率即为：步是选择合适的介质基板，假设介质的介电常数为&r， f的矩形微带天线，可以用下式设计出高效率辐射贴片的宽度W， 式中，C 波长，即为： 是光速，辐射贴片的长度一般取为飞/2 ；这里e是介质内的导波 考虑到边缘缩短效应后，实际上的辐射单元长度L应为: L—C-2 丄 2 f ?. ；e 式中， 计算，即为: ；e是有效介电常数，厶L是等效辐射缝隙长度。它们可以分别用下式 1 E r +1 E r —1 h -5 ；e (1 12 ) 2 2 2 w .丄"412h(；e。①⑶川 °264 ) ? —0.258)(w/h+0.8) 2.单元的仿真 由所给要求以及上述公式计算得辐射贴片的长度L=19.15mm,W=23.72mm采 用非辐射边馈电方式，模型如图1所示：

图1单元模型 此种馈电方式，可以通过移动馈电的位置获得阻抗匹配，设馈电点距离上宽边的偏移量为dx,经仿真得到当dx=4mm P寸，阻抗匹配最好。另外，之前计算出的尺寸得到的谐振点略有偏移，经过仿真优化后贴片尺寸变为L=19mm,W=23.72mm仿真结果图如图2,图3所示。 Freq [GHz] 图2 S11参数

图3增益图 从图中可以看出谐振点为5GHz计算的相对带宽为2.2%,增益为5.78dB 2. 2 X 2阵列设计 设计馈电网络并组阵，模型图如图4所示。 图4 2 X2微带天线阵列

5g微带阵列天线仿真设计

要求：利用介质常数为2.2，厚度为1mm ，损耗角为0.0009的介质，设计一个工作在5G 的4X4的天线阵列。 评分标准： 良：带宽〈7% 优：带宽〉7%且效率大于60% 1微带辐射贴片尺寸估算 设计微带天线的第一步是选择合适的介质基板，假设介质的介电常数为r ε，对于工作频率f 的矩形微带天线，可以用下式设计出高效率辐射贴片的宽度W ，即为： 1 21()2 r c w f ε-+= 式中，c 是光速，辐射贴片的长度一般取为/2e λ；这里e λ是介质内的导波 波长，即为： e λ= 考虑到边缘缩短效应后，实际上的辐射单元长度L 应为： 2L L = -? 式中，e ε是有效介电常数，L ?是等效辐射缝隙长度。它们可以分别用下式计算，即为： 1 211 (112)22r r e h w εεε-+-= ++ (0.3)(/0.264) 0.412(0.258)(/0.8) e e w h L h w h εε++?=-+ 2.单元的仿真 由所给要求以及上述公式计算得辐射贴片的长度L=19.15mm,W=23.72mm 。采用非辐射边馈电方式，模型如图1所示：

图1 单元模型 此种馈电方式，可以通过移动馈电的位置获得阻抗匹配，设馈电点距离上宽边的偏移量为dx,经仿真得到当dx=4mm时，阻抗匹配最好。另外，之前计算出的尺寸得到的谐振点略有偏移，经过仿真优化后贴片尺寸变为L=19mm,W=23.72mm。仿真结果图如图2，图3所示。 图2 S11参数

图3 增益图 从图中可以看出谐振点为5GHz，计算的相对带宽为2.2%，增益为5.78dB。 2. 2×2阵列设计 设计馈电网络并组阵，模型图如图4所示。

一种提高交叉极化隔离度的16元微带阵列天线_刘藤

一种提高交叉极化隔离度的16元微带阵列天线 刘 藤1,2,罗 勇1,李莎莎2,李旭哲1 (1.电子科技大学,四川成都 610054; 2.中国东方红卫星股份有限公司,陕西西安 710061) 摘 要:在现代通信中,特别是卫星通信,有时需要比较高的交叉极化隔离度。对于传统的微带阵列天线来说,由于其馈电网络与阵元均处于同一侧,不仅会产生互耦,影响增益,并且交叉极化隔离度也不能满足广大用户的要求。在此提出一种新型的馈电结构,旨在提高其交叉极化隔离度。从仿真中可以看出,交叉极化隔离度能达到40dB 以上,为实现更大型微带阵列天线网络做出一定的理论实践和工程指导。 关键词:微带阵列天线;交叉极化隔离度;馈源网络;开槽线 中图分类号:T N 823 文献标识码:A 文章编号:1004-373X(2010)14-0114-03 16-element Microstrip Array Antenna for Enhancing Cross -polarization Isolation LIU T eng 1,2,L U O Yo ng 1,L I Sha -sha 2,L I Xu -zhe 1 (1.Universi t y o f Electronic Sci ence and T echnolo gy of China,Chengdu 610054,Chi na; 2.China Spacesat Co.L td.,Xi an 710061,China) Abstract :A hig h cr oss -po lar ization iso lation is so metimes needed in modern communications,especially in satellite com -munications.A new feeder structure is pr oposed to enhance the cro ss -polarization iso lat ion because the ar ray elements and the feed netw or k are at the same side in the tr aditio nal micr ostr ip ar ray antenna,and the structure can cause lo w cro ss -polarization iso lation and co -coupling w hich affects the g ain.It is fo und from t he simulat ion result calculated by H FSS of A nsoft that the cro ss -polarization isolatio n is hig her than 40dB.T his conclusion can pr ovide a g ood r efer ence to t he practical eng ineering. Keywor ds :microstr ip arr ay antenna;cr oss -po lar ization iso latio n;feed sour ce netw ork;slot line 收稿日期:2010-03-12 0 引 言 微带阵列天线具有体积小,重量轻,制作简单,安装方便,容易与有源器件集成,外观美观,受环境影响小等优点,因此越来越受到人们的欢迎。目前,微带阵列天 线已经成功地用于机载雷达,卫星通信,移动通信和卫星电视等系统中。 关于微带阵列天线的馈电问题,前人已做了大量的工作。一般都是辐射片与微带线馈源网络处于同一侧,如文献[1-2]所述。这种方式由于馈源网络本身会产生一定的辐射,所以总的辐射场就是各辐射单元的辐射场与馈源网络辐射场的叠加。由于馈源网络布线并不一定规则,这无疑会影响天线整体的交叉极化隔离度性能;同时,由于微带线与辐射贴片存在有互耦,这样还会进一步使天线交叉极化隔离度性能降低,影响主瓣增益[3] 。在某些特定的应用场合(如卫星通信),要求天线的交叉极化隔离度性能是比较高的(30dB 以上)[4],对于一般阵元数目比较少的天线阵,还能够满足要求,但是对于大型或者超大型阵列,以上的馈电方式就很难满 足要求了。关于抑制交叉极化隔离度的馈电方式,前人也做了大量的工作,如文献[5]所述,文章中提到将辐射 单元与馈源网络隔离的方式,能有效提高交叉极化隔离度;类似的做法再如文献[6]所述;而文献[7]提出一种用开槽线耦合馈电的方式将能量耦合给辐射单元,亦取得了良好地效果。本文在总结了前面优秀工作的基础上,提出一种全新的馈电结构:天线辐射单元与馈源网络分别处于接地板两侧,通过接地板的开槽线把馈源网络上的能量耦合到辐射单元上,通过H FSS 软件仿真,得到了比较好的结果,说明此种馈电方式确有比较好的提高交叉极化隔离度的作用,并为进一步组建大型或超大型阵列做出指导。1 辐射单元 辐射单元采用嵌入式微带边馈贴片[8](如图1所示),这样可以很容易地实现阻抗匹配。对于介质基片厚度为h = 1.5m m,天线工作的中心频率为f 0=12.5GH z,采用相对介电常数为 r = 2.2的Rogers RT/duroid 5880介质作为基片,辐射贴片宽度为: W p = c 2f 0 r +1 2 -1 2 (1) 114 科学计算与信息处理刘 藤等:一种提高交叉极化隔离度的16元微带阵列天线

圆极化微带阵列天线的设计

圆极化微带阵列天线的设计 时间：2011-02-23 18:40:02 来源：电子科技作者：张明民鄢泽洪天线系统作为无线通信系统中的一个关键的部分，其特性的好坏直接影响着整个通信系统的工作性能。无论是在军事国防还是民用通信领域，对于天线单元及阵列的阻抗带宽、方向图、极化和增益特性都提出了更高的要求。在实际应用中，往往要求天线具有高增益、高功率、低旁瓣、波束扫描或波束控制等特性，采用某种形式的阵列天线则较容易获得这些特性，因此，阵列技术在实际中获得了广泛的应用。 1 微带天线的设计 本文设计的微带阵列天线的主要指标是：工作频率在2．4～2．5 GHz；天线极化方式为圆极化；天线增益>10 dBi；驻波<1．5；方向图E面波瓣宽度和面波瓣宽度>25°；尺寸约为400 mm×400 mm。 1．1 微带天线单元 天线单元采用双馈电点的正方形贴片的微带结构实现圆极化特性。同时，通过介质层(相对介电常数2．65)的厚度，可以实现天线单元工作带宽的展宽。 利用HFSS软件，获得天线单元的最终结构尺寸，其仿真模型，如图1所示。介质层高度为4／mm，辐射贴片边长35．25 mm，可根据正方形经典天线的设计公式L=0．5 λg-2△l得到。 1．2 天线单元馈电网络设计 根据天线双馈电点的特性设计天线的匹配网络。圆极化方式采用双馈电点，两个馈电端口所辐射的TM01模和TM10模，在贴片辐射方向形成来年各个正交分量，相差π／2，选择适当的激励频率，可以使两个模式同时被激励，从而得到一个圆极化辐射场，所以馈电网络采用Wilk-inson功分器，移相器采用普通微带传输线。利用微带传输线移相的特性，使功分器终端得到两个等幅，相位相差π／2的电场。