全向高增益天线阵技术的研究进展

合集下载

高精度天线阵列测向技术研究

高精度天线阵列测向技术研究

高精度天线阵列测向技术研究随着移动通信、卫星导航、雷达探测、电视卫星等应用的不断发展,天线阵列测向技术应用越来越广泛。

与传统测向技术相比,高精度天线阵列测向技术具备更高的测向精度、更广的角度范围和更高的速度等优势,因此在航空飞行监测、地球物理勘探、军事预警等方面具有广泛的应用前景。

一、高精度天线阵列测向技术的原理高精度天线阵列测向技术的核心原理是利用阵列天线接收信号后计算出信号入射方向。

天线阵列中每个天线都有一个独立的接收通道,这些通道将接收到的信号进行处理,产生复合信号。

接着,利用复合信号零点法、功率交叉法等测向算法,计算出信号入射方向。

通过将阵列天线的信号汇总起来,可以得到更高的信噪比和更准确的信号方向信息。

二、高精度天线阵列测向技术的特点1、高精度测向传统测向技术的精度受限于各种误差源,如天线位置误差、天线阵列中各通道的增益和相位误差等。

而高精度天线阵列测向技术在信号处理中充分考虑各种误差来源,并采用各种算法减小误差,使得测向精度更高、更准确。

2、更广的角度范围传统测向技术只能对单一方向进行测量,而高精度天线阵列测向技术则可以同时对多个方向进行测量。

不同方向的信号可以同时进入不同通道进行处理,从而提高了角度覆盖范围。

3、更高的速度高精度天线阵列测向技术可以同时对多个方向进行测量,从而大大提高了测向速度。

例如,在检测空中飞机位置时,采用高精度天线阵列测向技术可以快速准确地得到飞机的方向和位置信息,从而支持更高效的航空交通管制。

三、高精度天线阵列测向技术的应用前景1、卫星导航高精度天线阵列测向技术可以利用卫星导航系统发射的信号来测定终端的位置。

它不仅可以提高定位精度,而且不受地形和气候的限制,可以在城市、山区、海岸等环境下实现高精度的位置定位。

2、航空监测高精度天线阵列测向技术可以用于对飞机位置的监测,可以在较短的时间内精确地测量飞机方向和位置的变化,为实现更有效的航空交通管制提供了有力支持。

新型L频段高增益全向天线

新型L频段高增益全向天线

设计了一种 L 频段高增益全向天线, 该天线由双面辐射微带阵列组成, 通过平行双线电磁耦合的方式有效展
出的天线进行仿真设计及优化, 并制作原型样机进行对比测试。结果表明, 该型微带阵列天线在工作频段范围内满足电压 40ʎ~43ʎ之间, H 面不圆度在 1dB 内, 满足通信系统指标要求, 同时该天线具有结构简单、 易于工程实现的特点。 关键词 全向天线; 平行双线; 蛇形慢波 TN 958 中图分类号 DOI: 10. 3969/j. issn. 1672-9730. 2017. 05. 014
designed in this paper. By electromagnetically coupling of the parallel wire , this micro-strip array antennas broaden the bandwidth of frequency changes. The design method this micro-strip array antenna is presented and produced,the presented antenna is simulated and a prototype is optimized for comparision testing. The results show that the measured bandwidth vswr is less than 1.5 the needs of microwave communication system. In addition, the proposed antenna has an advantage of easy fabrication. Key Words Class Number omni-directional antenna, parallel wire, serpentine slow-wave TN 958 and the bandwidth is 12% with return loss less than -10dB. The antenna gain is larger than 4dB in the operation frequency band

高增益天线设计与性能优化研究

高增益天线设计与性能优化研究

高增益天线设计与性能优化研究天线是无线通信领域中至关重要的部件,起到收发信号的作用。

高增益天线是其中一种重要的天线类型,其设计和性能优化对于提高信号传输质量和扩大通信覆盖范围至关重要。

本文将探讨高增益天线的设计原理、性能优化方法,并介绍一些相关的研究进展。

一、高增益天线设计原理高增益天线的设计原理基于辐射效应和天线的几何形状。

在辐射效应方面,天线通过电磁波的辐射来传输信号。

高增益的设计目的是使得尽可能多的电磁波能够向期望的方向辐射,提高信号传输的效果。

天线的几何形状对于增益的设计也起到关键的作用,例如,天线的长度、宽度和厚度,辐射元件的类型和尺寸等都会影响到天线的增益。

在高增益天线的设计中,常用的天线类型包括定向天线、反射天线、阵列天线等。

定向天线具有较高的功率和较窄的辐射角度,能够将信号集中向期望的方向发射,提高信号强度和传输距离。

反射天线通过利用反射板将信号反射到期望方向,实现增益的提升。

阵列天线则通过组合多个辐射元件的信号,形成合成的增益。

这些天线类型的设计原理和方法各异,但都致力于高增益的实现。

二、高增益天线的性能优化方法1. 材料选择和制造工艺的优化材料的选择和制造工艺对于高增益天线的性能优化有着重要的影响。

首先,在材料的选择方面,需要考虑天线所应用的频段和工作环境,选择具有较低损耗和较高导电性能的材料。

其次,在制造工艺的选择方面,需要考虑到工艺复杂性、成本和天线的尺寸,以及对于天线性能的影响。

通过优化材料选择和制造工艺,可以提高天线的工作效果和增益。

2. 天线结构的优化天线的结构优化可以通过多种方法实现,包括几何形状的优化、辐射元件的布局和尺寸优化等。

其中,通过使用先进的优化算法来设计和优化天线的结构,能够提高天线的增益和性能。

例如,遗传算法、粒子群算法和模拟退火算法等智能优化算法可以帮助寻找天线结构的最优解。

3. 天线阵列的设计和调优天线阵列是一种将多个天线组合在一起工作的方式,能够进一步提高增益和方向性。

高性能MIMO天线及阵列技术研究

高性能MIMO天线及阵列技术研究

高性能MIMO天线及阵列技术研究高性能MIMO天线及阵列技术研究近年来,随着无线通信技术的快速发展和移动设备的普及,对于无线通信系统的容量和数据传输速率要求也越来越高。

多输入多输出(MIMO)系统作为一种重要的无线通信技术,能够利用空间上的多个天线传输和接收多个独立的数据流,有效提高了系统的容量和性能。

MIMO系统在实际应用中,天线的设计和阵列技术的选择对于系统性能具有重要影响。

高性能MIMO天线的设计需要考虑多个因素,其中包括天线增益、频率选择、极化和方向性等。

同时,由于移动设备对天线大小和外观等要求相对严格,因此设计天线需要兼顾尺寸、重量等因素。

在MIMO系统中,天线阵列的布局和配置对于系统的性能至关重要。

阵列技术能够利用多个天线的空间分集和综合,增加系统的容量和抗干扰性能。

目前常见的阵列配置包括线性阵列、矩形阵列和圆形阵列等。

不同的阵列配置对于系统的性能具有一定的影响,因此需要根据具体应用和系统要求选择合适的阵列配置。

对于高性能MIMO天线和阵列技术的研究,主要包括以下几个方面。

首先,研究高性能MIMO天线的设计方法。

通过分析不同电磁波在天线上的辐射和传输特性,设计具有较高增益和方向性的天线结构。

同时考虑天线的尺寸、重量等因素,使得天线能够满足移动设备对天线外观和尺寸的要求。

其次,研究高性能MIMO天线的频率选择技术。

由于不同应用场景对频率的要求有所不同,因此需要选择合适的频率带宽和中心频率。

通过优化天线结构和电路参数,实现对特定频段的选择和传输优化。

第三,研究高性能MIMO天线的极化技术。

天线极化直接影响到信号的传输性能,因此需要研究不同极化方式的特性和应用场景。

常见的极化方式包括垂直极化、水平极化、局部极化和圆极化等。

最后,研究高性能MIMO天线阵列的优化配置方法。

通过计算机模拟和实验测试,对不同阵列配置的天线进行性能比较和优化。

同时考虑天线之间的互相干扰和相互耦合问题,提出解决方案并进行系统优化。

高增益双圆极化对数周期阵列天线

高增益双圆极化对数周期阵列天线

PROCEEDINGS ,1988 ,135 (2) :98 - 102. [4 ] 丁晓磊. 对数周期偶极天线扇形阵的分析 [J ]. 电波科学
学报 ,2003 ,18 (6) :655 - 658.
作者简介 苏晓莉 女 , (1978 - ) ,中国电子科技集团公司第五十四研究所
工程师。主要研究方向 :天线设计。
利用矩量法 ,可首先求出阵单元电流矩阵[ IA ] 、 天线输入阻抗 Zin ,根据电流分布可求出天线辐射特 性及天线增益[4] 。
2. 1 单元电流矩阵[ IA ]
在每个阵单元的 N 个点上令切向场为零而得 到下列方程 。
MN
∑ ∑Zm , npInp = 0 , m = 1 ,2 , …, N ×( M - 1) 。 (3)
2009 年 无线电工程 第 39 卷 第 5 期 43
电磁场与微波
测试的天线方向图如图 4 所示 。从测试的方向 图可以看到天线阵的增益达到16. 87 dB ,副瓣电平达 到 - 17. 3 dB和 - 18. 0 dB ,全面实现了天线阵增益 > 15 dBi 、副瓣 < - 15 dB (平均) 的指标要求。
对数周期振子天线馈电后 , 电磁能量沿集合线
仅对接近于谐振长度的部分振子激励 , 形成天线的
辐射 。这部分被激励的振子称为有效区 , 天线的特
性主要取决于有效区 ,随着频率的变化 ,有效区随之
移动 。由于天线具有“相似”原理的结构 , 当天线按
照一特定的比例因子 τ变换后 , 仍为原来的结构 。
这样 ,出现在频率 f 和τf 间的天线性能 , 将在 τf 和
3 结束语
对电磁波而言 ,极化描述了电场矢量端点作为时 间的函数所形成的空间轨迹的形状和旋向 ,极化信息 在目标检测 、增强 、滤波及识别方面有着巨大的应用 潜力 ,但这一信息资源的研究开发深度和广度还远不 能与其重要性对称 ,一些相关的理论还需要进一步的 提炼细化 。本文将目前文献中使用的小圆极化轨道 更名为 γ圆极化轨道 ,大圆极化轨道更名为 < 圆极 化轨道 ,而把切割平面到 Poincare 球心距离小于 1 的 称为小圆极化轨道 ,等于 1 的称为大圆极化轨道 ,并

高增益全向圆极化海上移动天线的研究的开题报告

高增益全向圆极化海上移动天线的研究的开题报告

高增益全向圆极化海上移动天线的研究的开题报告一、选题背景与意义随着人类对海洋经济开发的需求日益增加,海上通信需求也日益增加。

海洋作为地球表面上最广阔的空间之一,信号传输存在较大的困难。

因此,如何在海洋环境下建立高效、稳定的通信系统,成为一个重要而又紧迫的问题。

海上移动天线即是在海洋环境下满足通信系统通信需求的必要手段,它可以帮助人们实现在海洋环境下进行科研、救援以及经济活动等。

本课题的研究内容是对于高增益全向圆极化海上移动天线的研究,其最主要的目的是可以解决海洋环境下通信机会极少的局面,为海外行业的发展提供更加实用的技术手段。

二、研究内容的主要思路1.海洋电磁环境分析本研究将首先对于海洋环境下的电磁环境进行分析,包括学习海洋电磁特性等方面的知识。

分析电磁环境对于移动天线的信号接收和传输的影响,为后续的移动天线性能优化提供基础。

2.移动天线功率匹配设计移动天线功率匹配设计是本研究的核心。

本研究将通过对于海上移动天线的充分了解以及对于其在不同环境下的应用场景进行分析,采用一些先进的电路设计软件,从而设计可以适应海上移动环境的合适的功率匹配电路。

3.全向圆极化天线的设计圆极化天线的设计是本研究中的另一个重要组成部分。

该部分将重点研究天线的结构、特性以及相应材料的选择。

在设计过程中,将考虑如何克服海洋环境对天线电性能的影响因素,从而使其性能优化,具有更长的使用寿命和更好的通信性能。

4.试验与优化将测试所有的设计,并对设计结果进行优化,以找到最佳的设计方案。

通过实验与优化阶段的研究,最终确定最合适的全向圆极化天线设计。

三、研究方案与预期成果研究时间:3-4年1.方案一:开展海洋电磁环境分析,进行移动天线功率匹配设计,开展全向圆极化天线的设计工作,然后进行试验与优化,最终确定最佳的全向圆极化天线设计。

2.预期成果:(1)建立了适应海洋环境下的功率匹配电路设计方案;(2)研究了适应海洋环境下的全向圆极化天线设计方案;(3)验证试验了适应海洋环境下的天线设计方案,且达到了预期目的。

宽带全向天线及紧耦合阵列天线研究

宽带全向天线及紧耦合阵列天线研究

宽带全向天线及紧耦合阵列天线研究宽带全向天线及紧耦合阵列天线研究近年来,随着无线通信技术的不断发展,对于天线的要求也越来越高。

宽带全向天线及紧耦合阵列天线应运而生,成为了广泛研究的热点。

本文将介绍宽带全向天线及紧耦合阵列天线的相关原理、设计方法以及未来的发展趋势。

宽带全向天线是一种能够在较宽频段内工作的全向天线。

在传统的天线设计中,往往只能实现较窄的工作频段,但是随着多频段通信的需求增加,传统天线无法满足这些需求。

而宽带全向天线则通过优化天线结构和参数,实现了在宽频段内的全向性能。

其特点在于无论从水平方向还是垂直方向,天线增益、辐射模式都能够保持稳定,且适用于多种无线通信应用。

在宽带全向天线的设计中,重要的因素是天线的辐射器件和天线馈电方式。

目前常用的辐射器件有饰面不共振天线、螺旋线天线、扇形天线等。

这些辐射器件的主要特点是在一定频带内保持稳定的辐射性能。

在天线馈电方式上,常用的有单极馈电、同轴馈电、微带线馈电等。

通过合理选择辐射器件和天线馈电方式,可以实现宽带全向天线的设计。

紧耦合阵列天线是一种将多个天线阵列结合起来,通过相互之间的耦合,实现辐射性能的最优化。

它通过调整天线之间的相对距离和相对相位来实现,从而控制阵列天线的辐射模式和偏斜角度。

相比单一的全向天线,紧耦合阵列天线具有更高的增益和辐射效率。

它可以应用于卫星通信、雷达系统以及无线局域网等多个领域。

在紧耦合阵列天线的设计中,首要问题是确定合适的天线阵列结构。

常见的阵列结构有线性天线阵列、二维天线阵列以及螺旋线天线阵列等。

设计师需要根据不同的应用需求来选择最合适的阵列结构。

其次,需要通过调整天线之间的相对距离和相对相位来实现辐射模式的调整。

这可以通过使用耦合器件、调相器件以及电子扫描技术来实现。

未来,宽带全向天线及紧耦合阵列天线的发展趋势将主要集中在增益和宽带性能的提升上。

随着通信技术的不断发展,对于天线的要求将愈加严苛。

未来的天线设计将会更加注重在更宽的频段内实现更高的增益和更好的全向性能。

24G波段高增益天线的设计

24G波段高增益天线的设计

中北大学分校毕业计计(论文)摘要所谓的2.4G无线技术,其频段处于2.405GHz-2.485GHz(科学、医药、农业)之间。

所以简称为2.4G无线技术。

这个频段里是国际规定的免费频段,是不需要向国际相关组织缴纳任何费用的。

这就为2.4G无线技术可发展性提供了必要的有利条件。

无线电设备输出的射频信号,通过馈线输送到天线,由天线以电磁波形式辐射出去,电磁波到达接收地点后,由天线接收,天线是接收和发射无线电磁波的一个重要设备。

本文对天线的原理和参数进行了详细的阐述并选择了双菱形天线进行制作和测试,后期对天线进行了一部分参数的仿真。

双菱形天线驻波系数小、方向性好、且尺寸小、结构简单、重量轻、成本低,这种天线在现代通信系统中很受欢迎。

该天线加强了无线路由器的无线信号传播强度和传播距离。

关键词:2.4G,高增益,天线,双菱形,馈线,阻抗匹配2.4 G -band high-gain antenna design2.4G波段高增益天线的设计AbstractThe so-called 2.4G wireless technology,its frequency is 2.405GHz-2.485GHz (science, medicine, agriculture) between. Therefore referred to as 2.4G wireless technology. The band in the free band of international regulations, relevant international organizations do not need to pay any fees. This is the development of 2.4G wireless technology to provide the necessary favorable conditions. Radio frequency output signal power, transport through the feeder to the antenna, the antenna in the form of electromagnetic waves radiated, electromagnetic waves reach the receiving site, by the antenna, the antenna is to receive and transmit radio waves is an important device. In this paper, the principles and parameters of the antenna in details and choose a pair of diamond-shaped antenna for the production and testing, later a part of the antenna parameters of the simulation. Double diamond antenna VSWR is small, good direction, and small size, simple structure, light weight, low cost, this antenna is very popular in modern communication systems.The antenna to enhance the wireless router's wireless signal propagation and the diffusion distance.Key words:2.4G , high gian , antenna , double diamond , feeder , Impedance matching目录前言 (1)中北大学分校毕业设计(论文)1无线电波的基本知识 (2)1.1 无线电波 (2)1.2 无线电波的极化 (3)2 天线的分类及原理 (4)2.1 天线的分类 (4)2.1.1 全向天线 (4)2.1.2定向天线 (5)2.2 天线的原理 (5)2.2.1 天线基本阵子的辐射 (6)2.2.2半波振子的辐射场 (8)2.2.3天线的特性参数 (9)2.2.4 天线的极化 (13)2.3 传输线 (13)2.3.1 传输线简介 (14)2.3.2长线传输线 (15)2.3.3终端开路传输线 (16)2.3.4 终端短路的传输线 (17)3 天线的选型 (18)3.1板状天线 (18)3.2螺旋天线 (18)3.3八木天线 (19)3.4抛物面天线 (21)3.5环形天线 (22)3.6喇叭天线 (23)3.6.1原理和特性 (24)3.6.2应用 (24)3.7菱形天线 (25)4 双菱形天线的设计 (28)2.4G波段高增益天线的设计4.1 菱形天线的制作 (28)4.2 天线的仿真与优化 (30)结论 (34)参考文献 (35)致谢 (36)中北大学分校毕业设计(论文)前言从理论上来讲,2.4GHz是工作在ISM频段的一个频段。

  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。

全向高增益天线阵技术的研究进展余阳;朱永忠;何伟【摘要】全向天线因其具有水平全向辐射特性,有利于高速运动的移动平台以及中继站接收各个方向的电磁波而受到广泛关注.综述了高增益全向天线的需求背景、典型结构和关键技术,依次介绍了共线折合振子阵、富兰克林全向共线振子阵、缝隙耦合串馈共线全向天线阵、同轴共线天线阵和印刷全向共线天线阵的结构特点,对比总结了它们各自的优缺点.最后还分析了高增益全向天线的宽带化、小型化、组阵等关键技术.为满足未来实际应用需求,高增益全向天线阵的宽带化、小型化技术将成为今后的研究重点.【期刊名称】《电讯技术》【年(卷),期】2018(058)011【总页数】7页(P1356-1362)【关键词】全向天线;全向天线阵;高增益;宽频带;小型化【作者】余阳;朱永忠;何伟【作者单位】武警工程大学信息工程学院,西安 710086;武警工程大学信息工程学院,西安 710086;武警部队参谋部,北京 100089【正文语种】中文【中图分类】TN821 引言全向天线在现代移动通信中应用十分广泛,如车载台、船载台、陆基导航系统以及中继站等设备都要求采用全向天线。

美国IEEE Std145-1993中给出了全向天线的定义:在一给定的平面内的辐射方向图基本上是无方向性的,而在任一正交平面内则是有方向性的一种天线。

因此,全向天线的特别之处在于它的辐射特性,可以在水平方向内实现360°均匀辐射,即向自由空间中的某一平面均匀地分布辐射电磁波能量,在该平面的方向图中数学表示为一个理想圆,这就使得全向天线有很大的应用潜能。

例如,为了使车载、机载、船载等运动速度不定、轨迹不定的高速移动平台以及基站在各种状态下均可接受电磁波,一般都要求使用全向辐射性能良好的天线。

所以全向天线一直都是移动通信系统关注的重点问题[1]。

近年来随着通信技术的快速发展,高增益全向天线主要在结构上发生了很大变化。

早期的高增益全向天线主要是柱状或者杆状的立体结构,例如1920年提出的富兰克林全向共线天线阵[2]、1989年由Balslay和Ecklund提出的同轴共线天线阵[3]以及共线折合振子阵[4]都是此类结构,这反映了早期高增益全向天线都是垂直极化共线阵的柱状结构,此类天线至今还广泛运用于移动通信系统中。

到了21世纪,也是移动通信迅猛发展的这十几年,更多的研究重点放在了宽带、高增益和小型化、轻型化等方面,高增益全向天线不再是柱状的立体结构,而更多的是采用平面印刷振子[5-7]作为天线阵的单元。

此种结构的天线重量轻、成本低、制作简单,易于同安装表面共形,因而受到了广泛关注。

总体来说高增益全向天线经过不断创新发展,经历了从体积笨重到轻型化、小型化,从窄带到宽带的发展过程。

就目前所取得的成果来看,高增益全向天线的带宽普遍较窄,目前已有一部分文献在较窄的频带实现高增益,但宽带的高增益全向天线比较少,特别是在相对较宽的频带内保持着比较稳定增益的全向天线更是少之又少。

当前越来越多的系统急需使用高增益宽带全向天线,而高增益全向天线还有一些技术难点有待进一步研究和解决。

本文将近年来国内外研究学者所提出的各类高增益全向天线进行了总结分类和归纳,并将各种高增益全向天线各项性能进行了对比,可以较清晰地看出它们各自的优缺点,以期为下一步设计高增益全向天线宽带化、小型化设计提供参考。

2 高增益全向天线的需求背景任何一项技术的发展都离不开需求牵引。

近年来定向天线越来越不能满足各类移动通信系统的要求,而高增益全向天线相比于定向天线有很大的优势,这种需求推动了全向天线的研究。

目前有些系统,例如视频监控系统、无线图传系统等,是需要建立自己独立的小型化基站,这样基地台才能收到手持终端设备传回的视频或图片。

这种小型化的基站不便于跟移动基站一样每个频段用3个定向天线来覆盖服务区,同时为了让基站与位于服务区的移动手持终端设备实现高质量的通信,天线不仅需要均匀地照射服务区,而且增益还应尽可能地高,因此最好的选择是使用高增益全向天线。

而目前全向天线很难在保证高增益的同时还实现较宽的频带。

定向天线在某一方向上可以很容易实现高增益宽频带,因为能量集中在比较小的区域范围内,而全向天线向空间360°均匀辐射,如果辐射的范围大还要求其辐射能量也高,在技术上是有一定难度的。

除此以外,车载、船载等高速移动平台以及陆基导航系统中的测距仪为了实现可靠的、高质量的通信,都需要使用高增益宽带全向天线。

因此,高增益宽带全向天线的研究非常具有现实的意义。

3 高增益全向天线的典型结构及关键技术3.1 高增益全向天线阵的典型结构目前全向天线的种类很多,有偶极子或单极子的印制全向天线[8-10]、贴片结构的全向天线[11-13]、单锥盘锥和双锥构成的宽带全向天线[14-16]和鞭状天线[17-18]等,但高增益全向天线通常是直立天线阵形式。

这是因为提高全向天线增益最有效的方法是组阵,所以大多数高增益全向天线都是将全向天线振子单元通过一定方式组合成直立共线天线阵。

目前已有的高增益全向天线主要可分为以下5类:一是共线折合振子阵;二是富兰克林全向共线振子阵;三是缝隙耦合串馈共线全向天线阵;四是同轴共线天线阵;五是印刷全向共线天线阵。

3.1.1 共线折合振子阵折合振子天线属于比较经典的导线天线,由两端连接的平行振子组成,形成一个窄导线环,本质上是具有不等电流的非平衡传输线,常用作其他天线的馈电天线,如图1所示。

将其用固定柱对称组阵后,全向性好,增益高,1~8元共线折合振子阵列的增益如表1所示。

如图2所示,若同侧排阵,受固定柱的反射影响,水平面的方向图会偏向一侧。

为获得较好的全向水平方向图,应在固定柱两侧架设天线单元[4,19]。

图1 折合振子Fig.1 Folded dipole表1 1~8元共线折合振子阵列的增益Tab.1 Gain of the collinear array of 1 to 8 elements单元间距单元长度增益/dBd12345678λ0/2λ0/203.35.26.27.58.39.09.65λ0/85λ0/436.28.19.410.311. 111.812.4图2 折合振子天线Fig.2 Folded dipole antenna3.1.2 富兰克林全向共线天线阵富兰克林全向共线天线是由富兰克林在1920年提出的,经典的富兰克林天线结构如图3所示。

其原理比较简单,采用级联方式进行同相馈电,并且将具有反向电流的λ/2(λ为介质波长)线段折叠起来使其基本不辐射,从而把具有同相电流的λ/2线段保留下来,构成全向共线直立天线阵。

对450 MHz富兰克林天线,测得3元阵和7元阵增益分别为3.2 dBd和7.2 dBd[2]。

富兰克林全向共线天线阵具有结构简单、成本低的优点,其主要缺点是频带窄,易产生波束倾斜现象,且增益有限。

图3 富兰克林全向天线Fig.3 Franklin omnidirectional antenna3.1.3 缝隙耦合串馈共线全向天线阵缝隙耦合串馈共线全向天线阵如图4所示。

其同轴线外导体上周期性的环形缝隙对套筒偶极子进行耦合馈电,扼流套既充当辐射臂又能抑制同轴线外壁上的电流。

缝隙间距λg(λg为同轴线中的波长)约为0.7λ(λ为真空中的波长),可保证各阵元电流同相。

此外,这类天线还有一优点就是旁瓣电平低,可低于-15 dBi。

图4 缝隙耦合串馈共线全向天线阵Fig.4 Slot coupling series-fed collinear omnidirectional antenna array在此阵列的基础上,将扼流套改为半波长的寄生辐射单元,可以在某种程度上增加天线的带宽。

除此之外,将底馈改成中馈,这样能有效改善波束倾斜现象。

例如,西安电子科技大学俱新德教授[4]设计的6单元中馈缝隙耦合套筒偶极子天线阵的增益能达到8 dBi,8单元中馈缝隙耦合套筒偶极子天线阵的增益能达到10 dBi,10单元的增益可达到11 dBi。

随着单元数的增加,其相互之间的损耗增大,增益不会再有明显改善。

总体来说,这是一种实现高增益全向天线比较好的方法,不仅带宽较宽,全向性好,在带宽内波束无倾斜现象,且驻波比能降到很低,但阻抗匹配较难调节。

3.1.4 同轴共线天线阵简称coco(coaxial collinear)天线,曾由日本喜连川等人作了初步分析,也称喜连川天线。

图5所示是最早期的coco天线结构,通过内外导体交叉连接恰好抵消电压因传输而产生的相位差,从而使得整个天线阵上的所有单元获得同相激励电压,容易实现较高增益。

当天线的单元数从4单元增加到10单元时,天线的增益可从3.95 dBi增加到12.06 dBi,但其带宽受到很大限制。

通过调整每个单元间的距离,或在顶端加载套筒的方法可增加其带宽。

图5 coco天线结构Fig.5 Structure of coco antennacoco天线阵具有高增益、结构简单、易加工的优点,在许多通信雷达系统中广泛使用。

例如在POKer Flat的Meosspher-Stratosphere-Troposhere(MST)雷达是由256个独立的用同轴电缆制成的coco天线阵;秘鲁的Jicarnaraca射电天文观测台就安装了由1 536个铝管制成的大型高增益、高分辨率的coco天线阵列作为其雷达的观测天线系统。

近年来,coco天线不在局限于立体结构,还有微带结构的coco天线阵相继被提出。

Zhao等人[20]运用标准印刷电路技术,设计了一种微带coco天线阵结构,实现了高增益,全向性好,其中相对带宽达到24.5%。

Majkowski[21]提出利用挖槽技术,可大大提高微带coco天线阵的带宽。

Zarifi[22]在coco天线阵每个单元上适当的位置引入狭窄的缝隙,可使其相对带宽达到14%(VSWR<1.5),有效提高了天线阵的带宽。

3.1.5 印刷全向共线天线阵印刷全向共线天线大致可以分为两类,一类是印刷偶极子共线天线阵,如图6所示;另一类是印刷全向微带天线阵。

印刷振子结构紧凑,可以将辐射体、馈线刻蚀在同一块介质板的两面,且成本低、重量轻、制作容易、一致性好。

印刷偶极子天线易于组阵,能有效提高增益。

Wong 等人[23]将两个半波长偶极子背靠背地印制在介质板的两侧,用微带线馈电网络以中馈方式给偶极子馈电,相对带宽5%(VSWR<1.5),最高增益达到6 dBi。

后来张运启等人[24]仍采用此种结构,但加粗了偶极子臂和加载宽带馈电巴伦结构,使得相对带宽达到44.7%(VSWR<2)。

图6 印刷偶极子天线Fig.6 Printed dipole antenna第二类印刷微带天线阵的原理跟同轴共线天线阵相似,只不过用λg长微带线来代替λg/2长同轴线,且把λg/2长微带线的带线和地线交叉连接,构成全向微带天线阵。

相关文档
最新文档