一种高增益多波束反射面天线设计
基于超材料的高增益对拓Vivaldi天线设计

基于超材料的高增益对拓Vivaldi天线设计张月;井甜甜;杨君;徐娟;赵建平【摘要】随着无线通信技术对人类生活影响力的提高,无线通信在通信领域的地位越来越重要.无线通信系统依靠无线电波传递信号,而无线电波的接收和发射则离不开天线.Vivaldi天线是一种超宽带天线,是渐变缝隙天线的一种特殊情况,也是一类经典的行波天线.但是,Vivaldi天线一般存在后向辐射大、主辐射方向增益低的缺点.可以通过对Vivaldi天线加载零折射率超材料的方式,在保证阻抗带宽不变的情况下,显著提高天线在整个频带内的增益.【期刊名称】《通信技术》【年(卷),期】2018(051)012【总页数】5页(P2861-2865)【关键词】Vivaldi天线;零折射率;超材料;天线增益【作者】张月;井甜甜;杨君;徐娟;赵建平【作者单位】曲阜师范大学,山东曲阜 273165;曲阜师范大学,山东曲阜 273165;曲阜师范大学,山东曲阜 273165;曲阜师范大学,山东曲阜 273165;曲阜师范大学,山东曲阜 273165【正文语种】中文【中图分类】TN920 引言在过去的几十年里,无线通信成为发展最迅猛的领域之一。
天线是无线通信系统中极其重要的部分,通信系统中的信号的接收和发送都离不开天线[1]。
随着无线通信的不断发展,不但要求通信速率要高,而且通信质量的要求也较高。
但是,由于用户数量的增加,加上频谱资源比较匮乏,实现天线的宽带化和小型化的必要性日趋明显[2]。
Vivaldi天线是一种超宽带、小型化的天线,是渐变缝隙天线的一种特殊情况[3]。
Vivaldi天线呈指数状槽线,结构较为简单,可直接印刷在介质基板上。
Vivaldi天线的带宽很宽,但现实中会有很多因素限制其带宽,所以对拓Vivaldi天线应运而生。
比起普通的Vivaldi天线,它的结构更紧凑,带宽更宽,容易实现阻抗匹配,交叉极化水平更优[3]。
为了提高天线的增益,可以靠加载零折射率超材料来实现。
第9章面天线

2θ0.5E=51° , D 2
2θ0.5H=68° D1
E平面第一旁瓣电平为
20log10 0.214=-13.2dB
H平面第一旁瓣电平为
20log10 0.071=-23dB
(2)
口径场余弦分布的矩形口径的方向系数为
S 2 S D 4 2 2 4 2
式中, υ为口径利用因数, 此时 υ=0.81, 而均匀分布时υ=1。
由图 9 -6 可见: 最大辐射方向在θ=0°方向上, 且当D1/λ和 D2/λ都较大时, 辐射场的能量主要集中在z轴附近较小的θ角范围
内。 因此在分析主瓣特性时可认为(1+cosθ)/2≈1。
(1) 设ψ0.5表示半功率波瓣宽度, 即
sin 0.5
0 .5
1 2
D 2
由MATLAB计算或查图 9 -7可得 ψ0.5=1.39,
第 9章 面天线
9.1 惠更斯元的辐射
面天线的结构包括金属导体面S′、金属导体面的开口径 如图 9 - 1 所示。 由于在封闭面上有一部分是导体面S′,所以其上的场为 零, 这样使得面天线的辐射问题简化为口径面S的辐射,即 S0=S′+S→S, 设口径上的场分布ES,根据惠更斯-菲涅尔原
S (即口径面)及由 S0=S′+S 所构成的封闭曲面内的辐射源,
② 馈源方向函数Df(ψ)一定时, 张角ψ0越大, 则口径场分布 越不均匀, 口径利用因数越低。
2) 馈源辐射的功率, 除2ψ0角的范围内被反射面截获外, 其余 的功率都溢失在自由空间。 设馈源辐射的功率为PΣ, 投射到反射面上的功率为P′Σ, 则
截获系数为
P ' 1 P
P 0 P D ) sin d f( 0 2
卫星天线波束

卫星天线波束常指卫星天线辐射方向图的主波瓣。
在其内集中了绝大部分的辐射能量。
分有聚束式和扩展式两种。
波束在地球上的照射区即天线的覆盖区。
不同用途的卫星采用不同的天线波束,通信卫星使用的有全球波束、区域波束、点波束、多波束、成形波束等。
按照天线波束形状,将卫星通信天线分为三类:全球波束天线、点波束天线、赋形波束天线。
1)全球波束天线是指波束覆盖地球上的整个视区。
2)点波束天线是指覆盖一个很小的区域。
点波束将卫星的功率集中在一个区域,大大降低了地面便携式移动终端的功率、体积以及通信费用。
点波束技术一般是应用在卫星的远距离信息传输上面。
3)赋形波束天线是指覆盖地球上的某一个特殊形状的区域,一般用一个波束形成网络来控制,也称区域波束天线。
赋形波束通过调整天线阵列中每个阵元的加权系数产生具有指向性的波束,从而能够获得明显的阵列增益。
下面重点对多波束天线进行阐述。
卫星多波束天线没有采用单一大张角覆盖的思路,而是使用了若干个高增益的窄波束共同覆盖较大的区域,这些窄波束也被称为点波束,这样的通信方式也称为卫星蜂窝移动通信,与地面蜂窝移动通信相对应;由于点波束的空间隔离作用,系统可以采用频率复用技术,点波束的高信号增益与频率复用的结合进一步提高了卫星通信的频谱效率。
卫星多波束天线可分为多波束反射面卫星天线、多波束透镜卫星天线、多波束阵列卫星天线三种。
1)多波束反射面卫星天线多波束反射面天线包括独立天线和多波束馈源、反射面这两大结构。
独立天线结构式就是每个波束都使用一个单独自己的天线而且每个独立的天线分别朝向某个特定的通信区域,对应的波束采用各自独立的馈源,因此邻近的波束可以采用相同的频率,不仅缓解频率受限的问题,不同波束间的干扰也可以忽略不考虑。
独立天线结构简单易懂、成本低等优势,但通常只适用于点波束数量不多的通信环境中。
可以直接简单理解为多个单波束天线的组合。
多波束馈源、反射面结构式主要包括馈源、反射面、波束形成网络。
基于Butler矩阵的双频双极化多波束天线关键技术研究

四、结论
RFID系统标签天线的设计与测量对于整个系统的性能至关重要。在实际应用 中,我们需要根据应用需求选择合适的标签类型、材料、尺寸和形状,并进行相 应的测量以评估其性能。通过不断优化标签天线的性能,我们可以提高整个RFID 系统的识别率和可靠性。
感谢观看
展望未来,基于本次演示的研究成果,可以进一步开展以下研究:
(1)研究更加高效的多波束形成算法和优化技术,以提高双频双极化多波束 天线的波束形成效率和极化纯度;
(2)研究具有更宽带宽的双频双极化多波束天线技术,以适应不同应用场景 的通信需求;
(3)研究双频双极化多波束天线的封装技术和集成方法,以提高其可靠性和 实用性。
2、天线方向图测量
天线方向图是描述天线辐射特性的重要参数之一。通过测量天线的方向图, 可以了解天线的主瓣和副瓣方向,以及在不同方向上的辐射强度。常用的测量设 备包括辐射场强测量系统和暗室。
3、天线增益测量
天线增益是描述天线在特定方向上辐射能力的度量。通过测量天线的增益, 可以了解天线在不同方向上的辐射能力。常用的测量设备包括比较场强测量系统 和暗室。
基于Butler矩阵的双频双极化 多波束天线关键技术研究
摘要
本次演示主要研究了基于Butler矩阵的双频双极化多波束天线关键技术。该 技术具有广泛的应用前景,如在无线通信、雷达探测和电子战等领域。本次演示 通过对双频双极化多波束天线技术的背景和现状进行概括,分析了存在的问题和 挑战,并阐述了一种研究设计。实验结果表明,该天线的传输特性和极化特征均 表现出良好的性能。最后,总结了研究结果,并指出了研究的局限性和展望未来 的研究方向。
3、标签天线的尺寸与形状
标签天线的尺寸和形状对天线的性能有很大影响。一般来说,较大的天线可 以提供更好的信号接收能力,但也会增加标签的体积和成本。因此,需要根据应 用需求选择合适的尺寸和形状。
卫星通信天线简介

常用卫星通信天线简介天线是卫星通信系统的重要组成部分,是地球站射频信号的输入和输出通道,天线系统性能的优劣影响整个通信系统的性能。
地球站与卫星之间的距离遥远,为保证信号的有效传输,大多数地球站采用反射面型天线。
反射面型天线的特点是方向性好,增益高,便于电波的远距离传输。
反射面的分类方法很多,按反射面的数量可分为双反射面天线和单反射面天线;按馈电方式分为正馈天线和偏馈天线;按频段可分为单频段天线和多频段天线;按反射面的形状分为平板天线和抛物面天线等。
下文对一些常用的天线作简单介绍。
1.抛物面天线抛物面天线是一种单反射面型天线,利用轴对称的旋转抛物面作为主反射面,将馈源置于抛物面的焦点F上,馈源通常采用喇叭天线或喇叭天线阵列,如图1所示。
发射时信号从馈源向抛物面辐射,经抛物面反射后向空中辐射。
由于馈源位于抛物面的焦点上,电波经抛物面反射后,沿抛物面法向平行辐射。
接收时,经反射面反射后,电波汇聚到馈源,馈源可接收到最大信号能量。
图1 抛物面天线抛物面天线的优点是结构简单,较双反射面天线便于装配。
缺点是天线噪声温度较高;由于采用前馈,会对信号造成一定的遮挡;使用大功率功放时,功放重量带来的结构不稳定性必须被考虑。
2.卡塞格伦天线卡塞格伦天线是一种双反射面天线,它由两个发射面和一个馈源组成,如图2所示。
主反射面是一个旋转抛物面,副反射面为旋转双曲面,馈源置于旋转双曲面的实焦点F1上,抛物面的焦点与旋转双曲面的焦点重合,即都位于F2点。
从从馈源辐射出来的电磁波被副反射面反射向主反射面,在主反射面上再次被反射。
由于主反射面的焦点与副反射面的焦点重合,经主副反射面的两次反射后,电波平行于抛物面法向方向定向辐射。
对经典的卡塞格伦天线来说,副反射面的存在遮挡了一部分能量,使得天线的效率降低,能量分布不均匀,必须进行修正。
修正型卡塞格伦天线通过天线面修正后,天线效率可提高到0.7—0.75,而且能量分布均匀。
目前,大多数地球站采用的都是修正型卡塞格伦天线。
卫星监测多波束天线技术研究

电波卫士介质透镜1 引言多波束天线能实现一副天线同时接收多路信号的功能,在卫星监测中开始得到越来越广泛的应用。
目前,多波束天线在星载天线上得到了较为广泛的运用,而地球站天线由于较高增益要求使用多波束天线的成本仍然较高,导致运用不够广泛。
随着卫星数量的爆炸性增长,及天线成本的下降,未来多波束天线将是卫星监测天线的主流天线技术之一。
2 多波束天线2.1 多波束天线的定义多波束天线是指能产生多个高增益波束的天线,这些波束(称为元波束)可以合成一个或几个成形波束,以覆盖特定的空域。
目前多波束天线主要有三种形态:透镜式、反射面式、相控阵式等三种基本形式,此外,还有以相控阵作为反射面或透镜馈源的混合形式。
2.2 透镜式多波束天线利用透镜把馈源所辐射的能量汇聚起来形成一个锐波束,当透镜焦点附近设置多个馈源时,便相应形成指向不同的多个元波束。
其工作原理如图1所示。
作者简介:蔡鸿昀,本科,助理工程师,主要从事无线电监测、卫星干扰源上行站定位以及卫星监测设备维护工作,主要研究方向为卫星监测新技术、天线技术研究等。
李思静,本科,工程师,主要从事无线电监测、短波监测定位以及卫星干扰源上行定位工作,主要研究方向为短波监测新技术、信号分析等。
周 平,硕士研究生,工程师,主要从事无线电监测、卫星干扰源上行站定位工作,主要研究方向为卫星监测新技术、天线技术等。
卫星监测多波束天线技术研究蔡鸿昀,李思静,周 平(国家无线电监测中心深圳监测站,深圳 518120)摘要:本文综述了三种主要形态的多波束天线,并分别给出其工作原理图,对三种基本多波束天线进行了性能比较。
关键词:多波束天线;卫星监测;相控阵天线doi:10.3969/J.ISSN.1672-7274.2017.08.026中图分类号:TN82 文献标示码:A 文章编码:1672-7274(2017)08-0063-05Abstract: This paper reviews three major multi-beam antennas, and describesthe working principle of threekinds of antennas respectively, in addition, performs performance comparison of Threebasic multi-beam Antennas.Keywords: multi-beam antenna; Satellite monitoring; Phased array antennaCai Hongyun, Li Sijing, Zhou Ping(National Radio Monitoring Center Shenzhen monitoring station, Shenzhen, 518120)Research on Multi-beam Antenna Technology图1 多波束透镜天线工作示意图由于馈源偏离透镜焦点会引起彗形像差而使旁瓣电平升高,馈源的偏焦角不能过大,但可适当组合多个喇叭组成馈源阵来压低波束的旁瓣电平。
FEKO天线应用3_偏馈反射面天线

FEKO天线应用3:反射面天线系列内容:偏馈反射面天线一、模型描述1.1模型描述:图1:偏馈反射面-全模型示意图1.2计算方法描述:表1: 偏馈反射面(offset Reflector)天线方法说明** 采用GO 方法计算类似的辐射问题,对于馈源,建议采用远场等效源的方式,即:远场方向图点源等效和球面模式等效源。
**对于反射面天线,FEKO 可以采用的方法很多,大家可以根据问题的规模和计算时间的要求等,灵活选择计算方法。
1.3计算方法描述-等效源法图示:图2偏馈反射面天线:近场等效源法(左)与远场等效源法(右)计算项目:计算该偏馈反射面的3D 辐射方向图,比较不同计算方法的结果;二、主要流程:启动CadFEKO ,新建一个工程:Offset_Reflector_MLFMM.cfx ,在以下的各个操作过程中,可以即时保存做过的任何修正。
2.1:定义长度单位:默认为m点击菜单“Home”中的图标按钮“Model unit”,在“Model unit”对话框中,选择Inches(in);图3:单位设置2.2:定义变量:在CadFEKO中左侧的树型浏览器中双击“Variables”节点,依次定义如下变量:工作频率:freq=6.25e9长度缩放系数:sc = 0.0254工作波长:lam = c0/freq/sc喇叭天线的底部半径:Horn_a=0.51*lam喇叭天线的高度:Horn_h=3.05*lam:Horn_b_0=0.65*lam:Horn_b=1.0*lamTE11模的波导波长:lamc_TE11=3.41*Horn_aTE11模式的截止波长:lamg_TE11=lam/sqrt(1-(lam/lamc_TE11)^2):Horn_L=1.5*lamg_TE11:反射面天线的焦距F=10:H=0抛物面在x轴的投影长度:D=18:Rp=1.1*(H+D):Hp=Rp^2/(4*F)相位中心:phs_center=-lam/(sqrt(2)*12)喇叭轴线与Z轴的夹角(弧度):psi_C= 2*arctan((D/2 + H)/(2*F))反射面剖分尺寸:tL0=lam/6.5波导喇叭馈电端口剖分尺寸:tL1=lam/20图4:变量定义2.3:定义关键点Horn_S3:点击菜单“Construct”中的“Named Point ”图标按钮,弹出“Create Named point”对话框:图5:定义关键点Name: Horn_S3Point:X: -phs_center*sin(psi_C)Y: 0Z: phs_center*cos(psi_C)+F点击“Create”按钮。
一种双频段圆极化波纹喇叭天线设计

一种双频段圆极化波纹喇叭天线设计作者:胡强熊海亮王睿来源:《信息技术时代·上旬刊》2019年第01期摘要:本论文属于卫星通信雷达天线技术领域,特别涉及一种既能在Ku频段内又能在X 频段内工作的双频段圆极化波纹喇叭天线。
初级馈源采用收发共用的双频段圆波导波纹喇叭,在两种频段上工作的极化形式均为圆极化方式。
波纹喇叭是理想的宽频带卫星通信地球站天线的初级馈源,工作频带的高低频之比为1.52:1。
通过理论分析计算和软件仿真4.5米反射面天线在发射频率(fT=17.3GHz~17.8GHz)内增益达到56.35dB,最大副瓣电平为-30.66dB;在接收频率(fR=11.7GHz~12.2GHz)内增益达到53.66dB,最大副瓣电平为-22.94dB;收发增益以及最大副瓣电平均满足系统性能指标要求。
关键词:双频段;圆极化;波纹喇叭;反射面1引言自上个世纪中叶以来,随着航空航天技术、空间电磁频谱和电子技术的快速发展,卫星通信雷达技术也在不断进步,并广泛地的应用于军事和民用领域。
后来随着光纤通信和地面蜂窝移动通信的崛起,传统的国际、国内长途通信和地面移动通信业务已经不再占据卫星通信的主导地位。
科学技术的迅速发展和人们生活逐渐现代化和社会化对通信的需求和质量越来越高,比如电视、手机通信等业务,不仅要求有高质量的传输语言、图像、数据等信息,而且还要求通信设备具有共用性、宽带性。
卫星通信的工作频段也逐渐向更高频段发展,而圆极化电磁波对云雨杂波的影响具有一定的衰减作用。
为了获得高增益、低副瓣性能,在通信、雷达、射电天文领域等设备中广泛地采用反射面天线。
卫星通信天线特别是卫星通信地球站天线,经过三十多年的发展到今天有以下几个显著的特点:1.频谱复用;2.低旁瓣化;3.高极化纯度;4.驻波特性好;5.馈源插入损耗小;6.宽频带化;7.新频段的开拓;8.双频共用或者多频共用卫星通信天线;9.多波束卫星通信天线。
- 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、"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、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)。
摘 要 : 计 了一种 K 频段 的 宽 角覆 盖 高增 益 多波束 反 射 面天 线 。 该 天 线采 用双 模 圆锥 喇 叭 作 设 a
为馈 源 , 以形成旋转性能 良好 的辐射方 向图, 且具有较 小的 口径 , 易于实现 小间距组 阵, 高各独立波 提 束间的交叠电平 以保证对服务 区域 的良好覆盖性能 ; 用具有 高波束拟合效率 的六边形馈 源阵, 采 以获 得全球服务 区域 内的 良好覆盖 ; 通过馈 源的横向偏 焦, 实现反射 面天线的宽角覆盖 。仿真结果表 明, 该
s uai n hep ee td a tn ac v r t esri ed man o ±7.。fo 0 i lt .t rsn e n e n o es h ev c o i f m o 5 r m 3 GHzt 14 o 3 .GH zw t h an h t eg i i
A sg f g i ut l-B a Re lc o t n a De i n o h Ga n M lp e e m f t r Hi i e An e n
LIBa - n W ANG -fn o mi g, Yu e g
( o 6R sa hI tu E C J x g h i g3 43 ,h a , . eer s t eo C T ,i i , ea 1 03C i ) v3 c n it f anZ j n n
2 1 年第 4 00 期
总第 12 1 期
通
信
对
抗
No4 2 1 . 0 0
C0M MUNI CAT1 0N C0UNTERM EASURES
S m.1 2 u 1
一
种高增益 多波束 反射 面天 线设计
李保 明, 玉峰 王
( 中国电子科技集 团公司第三十六研究所 , 浙江嘉兴 3 4 3 ) 10 3
fe ls r t ihsa e fce c k s h lcv rg o lb ried ma . wiea geC V e dc t hhg p de in yma e tewe o eaefr o a s vc o i A d n O — u e wi h i l g le n l
a o e 3 . B.Th e i e n e na a h e e d a ge c v r g t i h g n f r c v tn b u h b v 85 d ed s n g d a t n c iv s a wi e n l o e a e wih h g a o e g a o tt e i o i
e a e o e e tp r b l i n e n s a h e e y t e o s t o nd c p re tto .F o t e r s l f r g f t r f c a a o o d a t n a i c i v d b h f e fl s a e o i n ai n r m h e u t o he l a s
多波 束反 射 面天 线 在 3 ̄ 1 G 的工 作 频段 内覆 盖 了 ±7 。 0 3 . Hz 4 . 的服 务 区域 ,且 在 覆 盖 区 内的 增 益 达 到 5
3 .d 实现 了地 球 同步轨 道 上 准 全球 宽视 角区域 的 高增 益覆 盖 。 85 B,
关键 词 : 多波 束 ; 模 喇 叭 ; 射 面天 线 ; 置 反射 面 天线 双 反 偏
Ab t a t s r c :A d n l o e a e r f c o n e n fm u t l e m nd h i an i d s n d f r Ka wi e a g e c v r g e e t r a t n a o l p e b a a i h g i s e i e o l i g g b n n t i p pe .Du l o e tpe o s a p e o f e he p e e t d a t n a f rs a i g t e w e e a d i h s a r a—m d — a rh r i p h d t e d t r s n e n e n o h p n h l r — n l v l i g r d ai n a t r . o v n a i t a p te o l n And as ,h t r a p c i o e t r t h e s r s e o e h r r e — lo t e a ry s a e w l c m u e wih t e lse i ft o f n l l z h n o h n i g t e c o s lv l e we n i e n e c e n o d r t o e h e i e d m an w e1 Th e a o a a cn h r s e e t e nd pe d n e b a i r e o c v rt e s v c o i l b l a t i e s c r n u ael e . o e e rh w t g o y h o o sst l t s h i Ke wo ds y r :m u t l —b a ; u — o e h r ; e e t n e n ; f e e e t ra t n a li e e p m d a m d o l n r f cora t n a o s tr f c o n e n l l