基于全双工应用的宽带超表面天线设计应该参考那些文献
1、一种紧凑型超宽带双陷波天线的设计
2、基于特征模理论的缝隙宽带天线设计
3、新型超宽带半TEM喇叭天线设计
4、超宽带TEM喇叭天线的小型化设计
5、高倍频程超宽带阵列天线设计综述
6、超宽带脉冲天线研究综述
7、微带天线的宽带设计综述
宽带超表面天线设计相关的文献都已经刊登在一些期刊上,如《计算机工程与应用》、《电子元件与材料》、《无线电工程》 等。
随着电子技术的发展,以及各类天线产品的迭代,在通信领域对于天线的各种要求也不断增加。超宽带天线正是伴随着UWB技术的普及诞生的,人们对它的主要需求在于带宽足够宽、能够辐射出稳定、可靠的强干扰信号,以及能够适配多个系统等方面。因此超宽带天线的设计是一个在一定程度上相当有挑战性的工作,百度答主给您回答。
超宽带天线的难点:
要实现天线对于多个工作频段的覆盖,同时实现无线系统集成与节省成本,需要使得天线的体积更小、结构更简单,也就是说要在小型化的同时实现宽波束覆盖。这对于天线制造商来说技术难度较高。
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在实用性方面,该天线可适配现行5G、4G等各类系统,可应用于CPE设备、路由器、物联网盒子、消费端产品 、5G 通信、LORA通信等多个领域,性价比极高。
体积小巧,重量轻,工作效率大于>60%,适合于便携型无线通信的使用。
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超宽带天线是指超宽带技术使用的天线,超宽带技术通过对具有很陡上升和下降时间的冲激脉冲进行直接调制,使信号具有GHz量级的带宽。
应用于UWB通信系统终端的天线必须具有如下特点:如线性的相位响应,全向的辐射方向图,平稳的增益。因此,超宽带天线的设计成为了UWB系统的主要挑战之一。
近年来,随着无线通讯产品的普及,超宽带技术的发展,人们对天线的带宽提出了越来越高的要求。自2002年,联邦通讯委员会(FCC)通过决议允许把3.1~10.6GHz频段应用于商业领域,具有高数据传输率、低成本、低功耗和抗干扰能力强的超宽带(UWB)通信系统得到了迅速发展。
扩展资料:
超宽带天线的特点:
1、通信距离短:信号传输受到距离的影响和高频信号强度会衰减很快,因此超宽频带的使用更加适用于短距离之间的通信。
2、多径分辨率:因为其采用的是持续时间极短的窄脉冲,所以其时间上和空间上的分辨率都是很强的,方便进行测距、定位、跟踪等活动的开展,并且窄脉冲具有良好的穿透性,所遇超宽带在红外通信中也得到广泛的使用。
3、便携:此技术使用基带传输,无需射频调制和解调,因此其设备功耗小,成本也较低,灵活的使用特性也使其更适合于便携型无线通信的使用。
参考资料来源:百度百科-超宽带
参考资料来源:百度百科-超宽带天线
【摘要】:论述了“对电磁波隐身”这一研究领域的由来和发展,指出它必将对雷达技术引起一场革命。对于作战用飞行器,本文以美国隐形飞机F—117为例,详细分析了其隐身原理和设计思想。并指出,对飞行器的有关水平宜用两个技术指标加以描绘,即“迎头散射截面平均值”(σa)和“侧向散射截面平均值”(σb)。讨论了吸波材料的作用和应用方法。指出了近年来理论工作的某些动向;特别讨论了导波理论研究对RCS计算(以及降低RCS值)的意义。
【关键词】: 雷达散射截面 雷达吸波材料 隐形飞机 飞行器可发现距离 加衬波导
【分类号】:O441.4
【DOI】:CNKI:SUN:BJGB.0.1996-01-002
【正文快照】:
电磁波隐身技术的发展黄志洵(广播电视传输系)〔摘要〕论述了“对电磁波隐身”这一研究领域的由来和发展,指出它必将对雷达技术引起一场革命。对于作战用飞行器,本文以美国隐形飞机F—117为例,详细分析了其隐身原理和设计思想。并指出,对飞行器的有关水平宜用两个
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【引证文献】
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【同被引文献】
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http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTotal-BJGB601.002.htm
2.设计指标
(1)频率:2170-2200MHz(接收),1980-2010Mhz(发射)
(2)增益:在正负20度波束宽度内,大于10dB
(3)极化:左旋圆极化
(4)驻波:1.5
(5)轴比:<3dB
(6)输入输出接口:SMA
(7)输入输出阻抗:50欧姆
(8)尺寸:小于200*200*18mm^3
3.设计原理
(1)辐射原理
通常微带天线的辐射由导体跟接地板共同决定,确切的说是由接地板和导体边沿形成的场产生的。微带天线的典型结构如图1所示,其中图1(a)是一个矩形微带贴片。假设电场在微带结构的宽度与厚度方向没有变化时,微带天线的电场结构就变为图1(b)所示,这时电场仅在半波长(入/2)的贴片长度方向变化。将场以地板为参考向量,就可以分解为法向量和切向向量,又因为贴片长此时头λ/2,所以分解后的场在法向量处反向,那么法向量产生的远场区相互抵消,在法向量处几乎不产生辐射场。进一步,切向分量相对于地板平行且同向,切向向量相互叠加,使得水平方向合成场增加,易得辐射场最强之处在垂直与结构表面方向上。进一步分析水平方向上的电场,取无限大的水平面作为参考平面,则可以采用两个具有同相激励的缝隙来等效水平电场,如图1(c)所示,并且两个辐射缝隙同向激励。
矩形微带天线结构 (b)微带天线侧视图(c)微带天线俯视图
图1 微带天线
(2)馈电原理
微带天线的激励方法也称为馈电方法,种类很多,馈电方式的不同天线的性能也大有差异。在这里我们主要使用的耦合馈电,耦合馈电包括临近耦合馈电和缝隙耦合馈电,是一种非接触的馈电,耦合馈电能够有效的展宽带宽,可以将工作带宽提高到10%以上,刚好能够覆盖接收和发送频率1980-2200Mhz。
图2 耦合馈电
这种结构的馈线一般不和辐射片在同一个面,因此降低了馈线对天线辐射方向图的干扰,达到展宽带宽的目的。同时,这种馈电结构由于馈电线是在介质基板的下方,属于开放平面,因而这种耦合馈电的天线也易于与其他元器件集成。
天线结构设计
对于阵元设计的基本要求是:结构简单,馈电容易,这样才能便于在阵列使用。同时,做为天线的基本参数也要保证,主要是以下几个基本方面:中心频率及频带宽度,方向图及增益性能,阻抗特性等。
(1)通过天线增益指标,我们可以得到目标天线可以采用阵列方式更容易达到要求,首先设计出天线的阵元,在进行阵列的设计。
①根据微带贴片天线的经验公式计算天线的尺寸,若已知的参数有εr(2.2),fr(Hz)(中心频率2.09GHz)和h(1.575mm),要求W和L。计算公式为:
(3.1)
由式(3.2)求出微带传输线的有效介电常数εre
(3.2)
将(3.1)式求出的W 代入(3.3)式求出拉伸长度ΔL
(3.3)
由(3.4)式中解出实际的长度 ,或通过下式求解
(3.4)
公式计算得出W=47.64mm,L=56.73mm
②微带贴片天线实现圆极化
实现圆极化的原理就是产生两个正交的线极化电场分量,并且两者振幅相等,相位相差90度。微带天线实现圆极化有多种方式,有单点馈电法、多点馈电法和多元法。顾名思义,单点馈电法只有一个馈电点。首先由合适的馈电点产生正交简并模,然后对天线辐射结构引入微扰单元,使天线表面电流相位发生改变,使两个极化正交的简并模的相位差90度,从而满足辐射圆极化波所需条件。实际设计天线中有多种形式是通过单点馈电法来实现微带天线圆极化的,主要目
的是为了引入合适的微扰单元,也称简并微扰单元,比如切角、开槽等,此次天线设计我们采用单点同轴馈电法的切角设计方式如图3所示。
图3 微带贴片天线
③使用HFSS仿真天线的各项参数
I.查看天线谐振频率
辐射贴片通过公式计算得出为W=47.64mm,L=56.73mm,要实现圆极化,通过切角的方式,则辐射贴片需要设置为正方形,取中值W=L=52mm,设置45-52mm分别仿真得出S11如图4所示。
图4 天线谐振频率
通过扫描W参数得到最佳的W=46.8mm,最后的S11如图5所示
图5 天线谐振频率
微带贴片圆极化天线是通过使用馈电结构激发具有90°相位差的两个正交线性极化模式产生圆极化。通过切角产生微扰的单馈圆极化天线的工作带宽通常比较窄。另外,使用功分网络或者多层基板可以展宽圆极化天线的轴比带宽,但相对于单点馈电圆极化天线,其结构稍显复杂,在这里我们采用低介质系数的材料做基板使得带宽达到4%~5%。
II.查看天线的轴比
通过切角的方式得到圆极化,馈电点的位置Xf影响圆极化的圆度,使用参数扫描Xf位置,选取最好的结果Xf=13.5,最后的轴比结果如图6所示
图6 天线轴比
设置谐振点中心点2.09GHz,仿真得到图6我们可以看出天线的轴比在theta角-50°~50°都是3dB以下,说明天线的圆极化还是很不错的。
III.查看天线振元的增益
图7 天线左旋圆极化增益
通过图7可以得出天线的极化方式为左旋圆极化,单个天线振元的最大增益为7.27dB,通过组合阵列的方式每增加一级振元增益大约增加3dB,得出大概计算得出组成4元振列天线最大增益达到13dB左右,能够达到设计要求。
图8 3D方向图
IV.查看天线的输入输出阻抗
输入阻抗是天线与馈线相连接的地方的阻抗值。因为天线的输入阻抗与天线本身的结构、激励方式以及周围的物体和环境有关,因此通常讨论天线的输入阻抗时假设天线是孤立的。天线振元采用同轴馈电,同轴线的输入阻抗为50欧姆阻抗,所以能够达到很好的匹配。
(2)第一节是对天线振元的设计,下面对天线阵列进行设计
因为原始设计仅确定了天线单元和匹配网络的尺寸,而天线阵的行间距和列间的尺寸都未确定,所以仿真的重点在于找到合适的行间距和列间距,使得天线阵的辐射性能达到最佳。
①首先我们采用最常见的2X2阵列排列方式,通过扫描振元与振元之间的间距,确定天线的工作频率,得到最优的结果列和行间隔为L1=33.2mm。建立模型如图9所示。
图9 阵列天线模型
②仿真得出阵列天线谐振频率如图10所示
图10 阵列天线谐振频率
③仿真得出天线的3D方向图如图11所示
图11 3D增益立体图
④仿真得出天线的增益如图12所示
图12 阵列天线左旋圆极化增益
⑤仿真得出天线的电压驻波比如图13所示
图13 阵列天线电压驻波比
⑥仿真得出天线的轴比如图14所示
图14 阵列天线轴比
⑦天线的输入输出阻抗
由于电脑的仿真效率比较低,所以未能设计出合适的耦合馈电网络,暂时采用阵列天线采用同轴馈电,同轴线的输入阻抗为50欧姆阻抗,所以能够达到很好的匹配。
⑧计算天线的尺寸
振元介质基板长度与宽度相同,都为90mm,使用2X2排列其尺寸为180mm,介质基板的厚度为1.575mm
宽带天线馈电网络的优劣直接影响宽带天线系统的性能。所以宽带天线馈电网络成为学者研究的热点问题,这对于馈电网络中经常用到的功分器、滤波器以及双工器等器件都提出了更高的要求。小型化、宽频带、高性能、低成本正是现代微波器件的发展方向。面向这一实际需求,本文提出一个宽带Wilkinson功分器,通过加载多节阶梯阻抗变换器展宽工作带宽研究了基于枝节加载谐振器及开口环谐振器的小型化宽上阻带带通滤波器从低通滤波器原型出发,设计一个低通滤波器和一个高通滤波器,并且将它们的公共端口并联构成一个集总双工器。