高飞[1]2000年在《加载宽带天线和复杂目标RCS研究》文中认为本文研究了直立加载天线的输入阻抗、增益等特性，以及复杂目标雷达截面的计算方法。研究目标为直立加载天线和进气道等电大尺寸目标。研究内容包括电磁散射理论和数值计算两个领域。针对具体腔体形式各章给出了不同分析方法。作者创造性的工作体现在： 1、采用矩量法并结合几何绕射理论分析和计算设计了宽带直立加载天线的输入阻抗、驻波比及增益等特性。然后以位于圆形地板上的单极子天线为例，利用矩量法结合几何绕射理论的混合法研究了位于有限大地面上的加载天线的相关特性，并与文献中测量结果进行了比较，最后进行了实验。实验结果与计算结果基本一致。结果表明，带有LC匹配网络和阻抗变换器的该类天线在30～400MHz可得到良好的宽带特性。 2、弹跳射线法是目前腔体RCS计算中广泛应用的一种分析其散射场的方法，本文推导了用于求解散射的详细算式。将该方法用于科研实际，计算了类J82进气道的散射特性，计算结果与实际测量值对比，吻合良好。由于该方法源于几何光学方法，所以很容易就可以集成到复杂目标RCS的计算系统中。 3、利用复射线法分析了电大尺寸凹腔的后向散射场。根据射线光学追踪法发展起来的复射线追踪法，由于复空间坐标维数比实空间增加一倍，因而射线轨迹搜索将比实空间复杂的多。本文结合科研实际对带有中心锥的凹腔进行了分析计算，与实验结果吻合良好。 4、给出了具有广义雷达截面的理想导电凸圆柱阴影边界的增量长度绕射系数。首先，阴影边界附近的非一致性电流用Fock函数近似。近似电流与自由空间格林函数的乘积在圆柱表面微分条带上积分，可转换到阴影边界的积分，从而获得增量长度绕射系数，利用幅度的二次多项式近似，该积分可以表示成闭式解。我们给出了电流近似和积分过程的举例。最后，作为一个例子，我们考虑一个理想导电球的远区散射场，通过把圆柱的非一致性增量长度绕射系数沿着球的阴影边界的积分，叠加到球的物理光学远场中，便可得到该理想导电球的远区散射场。这一修正对于用物理光学远场近似球的总散射场效果明显。 5、对电大尺寸复杂目标RCS计算的关键技术进行了研究。首先讨论了复杂目标的几何建模方法，然后描述了复杂目标RCS的计算过程，介绍了缝隙计算的一种实用算法，并与矩量法解进行比较，吻合较好。并对RCS计算中的面元噪声问题进行了讨论。
巩冰[2]2013年在《感性加载的小型化天线和极宽带天线分析与设计》文中提出随着科技的飞速发展，无论军用还是民用的通信设备均要求尽量减小体积，增加通信设备功能，而作为通信设备的最重要部件之一的天线，其小型化和宽带化设计已经成为目前天线设计的重要方面。但由于天线电性能指标非常依赖天线结构尺寸，一旦天线尺寸缩小，就会带来天线带宽、效率、方向性、品质因数等指标的恶化。因此如何在实现天线小型化设计的基础上，完成天线带宽扩展，并且不影响天线方向性和其它各性能指标，就是本文研究的主要内容。在天线小型化的设计思路中有很多技术可以实现，但是目前的技术多是以专门减小天线物理尺寸或者说降低天线谐振频率为设计目标的。这样，在实现了天线小型化的同时，却破坏了其它性能指标，因此无法满足现代通信系统所必须的综合指标要求。为了解决这个问题，本文通过对天线进行感性加载的方式实现小型化目的，同时利用改善馈电的方法拓展工作频带进行了一定的研究，并对采用不同形式带阻结构形成具有陷波特性的极宽带天线进行了探讨。具体工作如下：本文首先总结了各种形式天线在小型化过程之中主要使用的几种技术，综合了目前最常见的几类超宽带天线，从超宽带天线的各种指标到超宽带天线的各种类型介绍，包括全向天线、方向性天线、多频段天线、全频段天线、以及其它几种特殊使用环境中的各类超宽带天线。对目前国内外对天线小型化和宽带化设计过程之中研究现状进行回顾，建立本文对天线小型化和宽带化设计的总体概念。从天线小型化的基本概念和基本性能指标入手，结合在天线小型化设计过程之中的不同之处，找到了天线在小型化设计中需要注意的特殊的性能指标。总结归纳了天线小型化设计中目前几种主要的分析方法，将这几种分析方法进行对比，并在后续进行天线小型化设计中综合对比使用。1、研究并设计了不同形式的通过感性加载实现小型化设计的几种天线。首先对采用感性加载减小天线物理尺寸的理论进行了分析，并将这个理论具体应用在天线最为普遍的形式之一——对称振子天线中。将采用的感性负载具体形式确定为短路套筒后，对套筒的几个可调参数进行了逐一仿真验证和理论分析，确定了短路套筒的相关规格，研究了不同短路套筒对减小对称振子天线尺寸的效果和对其它指标的影响。通过实际测试发现，伴随着天线带宽的恶化程度不同，可以减小天线尺寸35%至64%，因此这种感性加载技术非常适用于窄带通信的天线之中。然后将感性负载的形式适当变化，并放置在印刷平面对称振子天线顶端。通过实际测试发现，这种技术在没有带来带宽和方向性变化前提下可以实现天线尺寸小型化程度为25.8%。可以看出，感性加载技术可以非常有效地减小天线物理尺寸，降低天线谐振频率。2、将套筒使用在对数周期天线阵中，研究感性加载对天线阵小型化的作用和影响。实际测试发现，覆盖54~216MHz广电频带的对数周期天线通过加入套筒型感性负载可以由原占用5.46m2减小至占用2.87m2，减小了47.5%，并且带宽没有变化。但是因为天线阵中振子尺寸明显减小，因此其方向性有一定影响。由此可知，感性加载技术非常适用于各类对尺寸要求严格的天线阵中进行小型化设计。3、对超宽带天线常用的单极子天线采用感性加载实现小型化设计，并改善馈电实现极宽带设计。针对单极子天线采用不同于之前的感性加载形式——环形负载，将目前公开文献中超宽带天线中最小的24×22mm2减小至20×16mm2，缩小了大约39.3%。另外，采用渐变型微带线进行馈电，将天线谐振带宽由3~12GHz左右拓展到了3.03GHz至超过40GHz频段。说明采用简单的渐变线馈电也能实现工作频带极大的扩展至超过FCC规定的超宽带通信频段。这个频段可以进一步提高作为近距高数据速率的超宽带通信的数据传输速率。4、在感性加载极宽带天线基础上，增加了在2.4~2.4835GHz的ISM频段谐振的辐射结构，实现感性加载双频段极宽带天线。其实际尺寸为34.1mm×24mm，比近年来发表的相类似双频段超宽带天线减小了至少18.8%。另外，在设计过程中还发现，几种谐振结构之间的互耦影响非常小，为此类天线的后续设计提供了非常好的理论依据。5、设计了具有双频段陷波特性的感性加载极宽带天线的实例。通过在馈线中嵌入两个相对独立的倒U形缝隙实现覆盖WiMAX和WLAN双频段的陷波特性。另外，两个倒U形缝隙之间的互耦是非常微弱的。因此在后续设计中，若需要抑制其他干扰，只需要适当的调节缝隙的长度和宽度即可实现。6、将经常运用在带阻滤波器中的嵌入开路支节（EmbeddedOpen-Circuited Stub—EOCS）和嵌入单端短路平行耦合器（EmbeddedOne-End-Shorted Parallel Coupler—EOPC）拓展为终端开路支节对（Open-CircuitedStub Pair—OCSP）并使用在感性加载极宽带天线上，从而实现0.26GHz和0.18GHz带宽的极窄带和极小频率间隔（0.56GHz）的双频段陷波特性。总之，本文贯穿使用感性加载技术实现天线小型化设计，然后在此基础上通过改善馈电实现天线宽带化设计。并设计出具有极小物理尺寸和极宽工作频带的感性加载极宽带天线，和具有广泛应用前景的具有极窄带极小频率间隔的双频段陷波特性感性加载极宽带天线。
徐天宇[3]2017年在《基于FSS的隐身天线罩及天线一体化研究》文中研究说明频率选择表面(Frequency Selective Surface,FSS)是一种空间滤波器,它可以作为天线的带通或带阻天线罩,也可以用作特定频带的吸波结构件,在隐身天线罩中广泛应用。对于实际的天线系统,天线罩和天线互相影响。对天线罩和天线组成的一体化系统进行电磁性能分析,对于天线的优良性能实现有非常重要的意义。本文从等效电路法出发,分别分析并设计了频率选择表面天线罩和阵列天线,然后通过天线罩和天线的一体化分析,比较天线工作性能的变化,从而实现天线的优良工作性能。本文首先介绍了频率选择表面的研究背景及研究意义,并且对频率选择表面的基本理论进行阐述。然后结合目前的研究热点—隐身,对天线的设计背景和隐身天线罩的设计问题做了一些介绍。频率选择表面的设计与应用越来越广泛,本文首先利用等效电路法设计了一种工作在低频段的小型化频率选择表面。对贴片回折线加金属过孔的结构进行了仿真,并利用等效电路法对其进行分析计算,通过比较两种结果的差异,验证结果的正确性。随着现代军事科技的发展,对具有隐身功能和宽角宽带扫描的天线的需求越来越大,而传统的相控阵天线体积较大,并且在阵列环境中单元之间耦合较大。针对这些问题,本文设计了一款超宽带阵列天线。首先,在HFSS中设计仿真了具有周期结构的的天线,该天线工作频带宽(带宽能达到五个倍频)。然后,对设计出的天线进行加工,并在电子科技大学微波暗室中测试,将测试结果与仿真结果进行对比,以验证阵列天线工作性能是否符合要求。应用设计出的频率选择表面作为隐身天线罩,与设计出的阵列天线进行一体化仿真。通过分析天线罩和天线组成系统的电磁性能,和阵列天线的工作性能进行比较,为实际工作中的天线罩设计或天线设计提供借鉴。最后,通过总结硕士期间的研究工作,阐述了研究成果的优缺点,并且对研究工作中遇到的难题进行罗列,以便后续研究工作的展开。
洪涛[4]2011年在《天线雷达截面控制技术研究》文中研究指明隐身技术在现代电子战中占有重要的地位,由于隐身技术对作战平台战场生存能力的巨大影响,对于未来的高科技综合电子战而言隐身技术将得到大量的应用。天线是各种无线电子设备不可或缺的外部设备,只有天线正常工作才能保证电子设备整体正常工作,所以天线必须在复杂的战场环境中稳定有效的收发电磁波。天线这种工作特点使其成为战场上重要的目标,如何使己方电子设备天线正常工作的同时对敌方隐身成为隐身技术中亟待解决的问题之一。论文紧密结合“十一五”国防科技预研重点项目,着重围绕天线散射理论和天线雷达截面(Radar Cross Section, RCS)控制技术展开研究,针对目前军用雷达和通讯系统的隐身化需求,对超宽带天线、圆极化天线、单极子天线及圆极化阵列天线的RCS控制技术进行了研究。所取得的成果可以概括为:1、推导了天线辐射场的远场表达式,将其具体应用到了不同极化天线的分析中,推导了线极化天线和圆极化天线的辐射远场表达式。根据互易定理推导了接收天线的匹配接收幅度表达式,推导了线极化和圆极化接收天线的匹配接收幅度。推导了天线散射的基础理论公式以及线极化和圆极化被测天线的散射场表达式。这部分内容是后续章节对于线极化天线和圆极化天线分析的理论基础。2、根据天线设计和RCS控制的先后关系,提出了先根据辐射指标设计天线,再根据散射指标进行RCS减缩,最后根据实际情况对天线辐射性能进行补偿的天线RCS控制思路。根据以往的方法我们需要在天线设计之初就对天线的辐射性能留出一定的余量以弥补RCS减缩过程中对于辐射性能的损害,但是由于我们难以准确预估天线RCS减缩对于其辐射性能的影响,所以这一余量也是无法准确预知的。作者提出的新思路避免了由于余量过大而造成浪费和由于余量过小而造成重复工作。3、依据所提出的新思路,以超宽带平面单极子天线为参考,设计了一种具有低RCS特性的超宽带天线。对低RCS超宽带单极子天线的辐射和散射特性进行了研究,尤其针对天线上关键部位的尺寸对天线性能的影响进行了详细分析,通过与具有类似结构和性能的参考天线进行对比,研究了超宽带天线的散射机理。最后通过仿真和实验证明了设计天线的优异性能。4、根据对圆极化微带天线辐射和散射机理的研究,以矩形微带天线为参考,设计了一种可以在宽频带内保持低RCS的圆极化微带天线。对低RCS圆极化微带天线的辐射和散射特性进行了研究,分析了设计天线与一般天线在天线辐射性能的尺寸参数影响方面的异同,通过对比参考天线,分别从时域和频域的角度研究了天线的散射特性。最后通过仿真和实验证明该天线的优秀性能。5、根据来波频率与其工作频带的关系,天线散射可以划分为带内散射和带外散射;根据产生机理的不同,天线散射可以划分为天线模式项散射和结构模式项散射;作者综合以上两种划分标准,根据减缩频带和散射机制的不同将天线散射分成了相互关联的四部分:带内天线模式项,带内结构模式项,带外天线模式项和带外结构模式项。作者分析了各部分的特点,提出了天线带内结构模式项RCS控制的天线RCS控制技术。6、根据上面提出的方法,将带通型频率选择表面(Frequency Selective Surface, FSS)技术引入到单极子天线带内RCS控制当中,设计了具有低带内RCS特性的单极子天线。分析了低带内RCS单极子天线的辐射和散射特性。通过仿真和实验证明了该天线的良好辐射性能以及带内结构模式项RCS减缩在带内RCS减缩中的应用价值。7、利用对圆极化微带天线RCS控制技术的研究,采用第四章中提出的低RCS圆极化微带天线为阵列单元,设计了具有低RCS特性的圆极化微带阵列天线。对低RCS圆极化阵列天线的辐射和散射特性进行了研究,通过对比参考天线,研究了天线的结构模式项散射以及频域散射特性。最后通过仿真和实验证明该天线的优秀性能。
朱杨[5]2013年在《船载有源相控阵天线与通信天线的研究》文中提出论文结合科研项目进行选题研究，文中研究了船载有源相控阵天线与通信天线的设计问题。在研究船载有源相控阵天线中，分析了船体平台对船载有源相控阵天线电特性的影响，依据分析结果给出了降低天线雷达散射截面（Radar CrossSection，简写为RCS）的有效方法；在研究通信天线设计中，改进了原天线的设计方案，针对不同的使用用途，改进后的天线具有宽带、高增益、波束扫描等特点。论文的主要研究工作分为两个部分。第一部分研究工作为船载有源相控阵天线的设计与研制；第二部分研究工作为通信天线的设计与研制，其中包括了防洪减灾点对点通信天线、直升机搜救通信天线、无线通信的超宽带终端天线以及弹载宽带高增益阵列天线。作者的主要研究工作和成果为：1.在船载有源相控阵天线的设计与研制中，第一个研究成果为研制了外围具有金属背腔的新型天线单元，实现了对天线单元的波束控制，同时提高了天线单元及单元子阵间的隔离度。所设计的阵列天线具有大于21.3dB的扫描增益，实现了方位面-450~450的波束扫描；第二个研究成果为降低了天线阵面的RCS。文中改进了常规的安装方式，采用倾斜安装的方式有效地降低了天线阵面的RCS，使原来的RCS从10000m2降到100m2；第三个研究成果为天线外表面与船体完全共形。为此采用了平行四边形截面的安装嵌槽结构，一方面有效地降低了阵列天线的RCS，同时实现了阵列天线与载体平台的共形。在此研究基础上，加工了天线单元和单元子阵的实验样机，并对该样机进行了电性能测试，测试结果表明天线工作频段为UHF波段，扫面范围为-450~450，扫描增益大于21.3dB，阵列天线在X波段的RCS为50m2，满足设计指标要求并已在工程中得到了应用。2.提出了基片集成波导（Substrate Integrated Waveguide，简写为SIW）馈电的单缝隙耦合圆极化椭圆介质谐振天线形式。针对防洪减灾微波点对点通信系统的要求，天线应具有宽带圆极化的特点。文中采用最新的SIW馈电方法，设计了单缝隙耦合馈电圆极化椭圆介质谐振天线。采用HFSS仿真软件对阵列天线进行了一体化仿真设计。设计结果表明，在9.4GHz±350MHz频率范围内，天线增益大于18.5dB，轴比小于3.3dB，在设计的基础上，加工了天线实验样机，实测结果表明阵列天线的增益大于18.2dB，轴比小于3dB，满足通信系统的设计需求并在实际工程得到了应用。3.基于SIW，提出了馈电方式简单的宽带频率扫描微带阵列天线的新的设计方法。针对直升机搜救通信系统的设计要求，天线方向图波束应具有电扫描的特点。文中采用SIW馈电技术，设计了宽带频率扫描微带阵列天线。在仿真设计满足要求的基础上，加工制作了实验样机。实测结果表明，阵列天线在8.5GHz~12GHz的频带内，在方位面实现了-160~160的波束扫描特性，扫描增益大于12.7dB，满足工程要求。4.提出了边缘渐变小型化超宽带印刷天线的新形式；基于窄缝隙、半模SIW和SIW三种类型的谐振结构，提出了三种具有陷波特性的超宽带印刷天线。采用HFSS仿真软件对这些天线进行了设计仿真，在此基础上，加工了实验样机，实测结果表明天线的工作频带大于3个倍频程，因此具有超宽带特性。天线在陷波频段内电压驻波比的峰值分别达到了11.7、9.8和28.9。5.提出了基于SIW的改进型超宽带径向波导功分器，改进后的相对工作带宽达到了62%（改进前为5.7%）。并将该成果应用于弾载定向天线（最大辐射方向指向弹尾）的研制，采用HFSS仿真软件对四单元弹载微带阵列天线进行了天馈一体化仿真设计，加工了实验样机，实测结果表明天线在8.7GHz~11.3GHz频带内，增益大于11dB，波束覆盖大于310，满足了弹载通信系统的技术指标要求并在实际工程中得到了应用。
龙毛[6]2017年在《天线宽频带、宽角域的雷达散射截面控制技术研究》文中认为随着航空电子技术的迅猛发展,国际战场环境变得愈加恶劣。各种新型雷达、先进探测器及精确制导武器的出现对隐身战机、舰船和无人机等军事目标的隐身特性提出了更高的要求。通常以雷达散射截面(RCS)来衡量目标的隐身特性,目标的隐身技术就是通过减小目标对雷达的有效散射截面的方法,实现降低敌方雷达作用距离的目的。配合有源干扰、无源干扰或者低空、超低空突防技术,可大大提高己方武器平台的战斗力以及生存率。随着低散射结构及载体研究的发展与进步,天线作为接收发射电磁波的主要器件,它的隐身性能成为了目标整体隐身性能至关重要的因素。但是以电性能为代价一味地追求低散射是不现实的。为应对敌方雷达的多方位探测,还应考虑一定角域范围内的RCS减缩。所以在保证天线自身辐射特性的情况下,研究天线在宽带宽角域范围的雷达散射截面减缩方法也成为了近年来世界各军事强国研究的热点。传统天线的隐身技术包括外形控制技术、雷达吸波材料技术、无源对消技术以及有源对消技术等。单一的RCS减缩技术均具有局限性,所以探索实现宽频带(包括带内和带外)宽角域范围内的RCS减缩、同时满足辐射性能要求的仍具有一定的挑战。在第五代战斗机、新型战术导弹、新型舰载机、新型无人机等新型武器装备上,对天线提出了更低的RCS、及全向隐身等高度隐身的技术要求。新兴的电磁超材料技术可以通过控制散射峰值偏离雷达威胁区域,实现特定空域范围内的隐身。本文主要研究了实现天线RCS减缩的新方法,论文的主要内容包括以下几个方面:1.传统的吸波材料频率响应的带宽特性均不是很理想,单层的吸波材料很难达到宽频的技术要求。将基体材料层与频率选择表面(FSS)复合,可以拓宽吸波材料的带宽。该研究设计的吸波材料带宽可以覆盖C和X波段,解决了现有吸波材料在低频段带宽不够宽的问题;将其应用于Vivaldi天线的RCS减缩,加载到天线上后可实现2-18 GHz宽频带范围的雷达散射截面减缩。2.提出小型化的电阻加载型多层超表面结构,该结构上层为加载电阻的FSS,电磁波(EM)入射到该结构上层时,它对天线工作频带内的电磁波是透射的,即天线可以正常向外辐射电磁波,在工作频带外通过电阻的形式将能量转换成热能;下层为加载电阻的EBG结构,用于耗散带内的电磁波。将该小型化的双层超表面周期排列于天线周围,可以实现在2-15.5 GHz带内、带外宽频带的RCS减缩,且对天线辐射性能影响较小;将该结构用于紧耦合阵列天线,实现1-18GHz内平均减缩量大于5dB。3.全息超表面(HM)是由不同大小的单元贴片组成的,将其作为天线的覆层可以调控电磁波的传输,将入射波转化为表面波,减小后向散射的同时提高天线的增益。全息阻抗调制表面下层的部分反射面与天线地板形成Fabry-Perot(F-P)谐振腔,可以降低天线工作频带内的RCS并提高天线的指向性。将全息阻抗调表面与部分反射面作为天线覆层,与天线进行一体化设计可将天线增益提高4.1 dB,实现9-22 GHz宽频带内的RCS减缩,解决天线高增益与低散射特性之间的矛盾。4.极化转换超表面作为新型电磁超材料的一种,通过将极化转换超表面单元和部分反射面结合成PCM-PRS结构,大部分入射波能被反射为其交叉极化波,在该单元和镜像单元上分别产生+90°和-90°不同的相移,实现对反射波极化方式的调制。镜像单元与PCM-PRS单元的交叉极化反射波相位差均为180°,从而利用无源对消的思想将后向能量散射到其他方向;部分反射面与天线地板组成的F-P谐振腔可以提高天线增益并减缩天线带内的RCS。该天线中心频率处增益提高了 7.02 dB,在8.5-20 GHz内RCS得到有效减缩。天线工作频带内-15°～15°角域天线工作频带外-33°～33°RCS均有大幅减缩,带内单站RCS减缩量最大为40dB,带外最大减缩量为37dB。5.作为延伸,将频率可重构技术引入高增益低RCS天线的设计中,将双极化的相位可调的反射表面与极化转换超表面、部分反射面相结合,通过调节偏置电压改变可变电容的容值,调节反射单元的相位,可以实现天线工作频带的可重构,以及带内RCS减缩频带的动态可调。设计天线工作频率在8.7 GHz到10.1 GHz内可调谐,随着电容值的增大天线工作频率向低频偏移,可实现增益峰值也依次向低频偏移,在中心工作频率处达到最大。天线在8.5-20 GHz内双极化下的RCS平均减缩量大于7 dB。且天线带内RCS的减缩频带与天线工作频带相对应。该技术成功的将宽带天线的RCS减缩等效为多个电控型窄带频率可重构天线的RCS减缩,为宽带天线的RCS减缩提供了新方法。
马中华[7]2018年在《频域编码无芯片RFID电子标签》文中研究表明物联网(IoT,the Internet of Things)的发展进一步促进了射频识别(RFID,Radio Frequency Identification)技术的快速发展,射频识别技术的应用已经遍及人们生活的方方面面。射频识别标签具有很多优点,如读取距离长,非视距读取以及自动识别和跟踪等。但是由于标签成本的制约,在需要使用数万亿标签的低价商品领域,RFID标签仍然不能被商家广泛接受,因此阻碍了物联网的进一步发展。标签的成本主要取决于标签芯片的成本,而从制作芯片的材料和工艺方面来降低标签成本已无可能。如何降低标签成本成为目前研究人员亟待解决的难题。为了降低标签成本,研究人员提出了无芯片标签。无芯片标签主要分为基于时域工作和频域工作的两类,基于时域的无芯片标签有声表面波(SAW,Surface Acoustic Wave)和传输延迟线两种。基于SAW的无芯片标签采用脉冲调制编码,编码容量达到了256 bits,但是SAW本身的成本已经接近了带芯片标签的成本,而且需要亚微米刻蚀工艺;由传输延迟线构成基于时域的无芯片标签成本虽然已经接近条形码的成本,但是编码容量太低,不能很好地得到应用。于是研究人员开始研究基于频域的无芯片标签,因为它主要利用谐振频率的位置进行编码,可供编码的频带宽,编码容量大。目前,基于频域的无芯片标签主要集中在开发可替代条形码的无芯片结构和可印刷RFID无芯片标签。本论文主要对基于频域工作的无芯片标签展开研究。首先从各种谐振器的谐振特性入手,对谐振器的结构和编码方式进行深入探讨,特别对它们组成标签的工作类型进行了研究。本文提出以下的无芯片标签:频域工作的两种可重发无芯片标签,分别是L型微带耦合谐振器无芯片标签和互补开口谐振环(CSRR,Complementary Split Ring Resonator)耦合微带线无芯片标签;基于频域的两种自谐振无芯片标签,分别是多I型缝隙谐振器无芯片标签和矩形缝隙环谐振器嵌套的无芯片标签。本论文的主要工作包括以下几点:1.利用耦合理论,采用高Q的L型微带带阻谐振器和高Q的CSRR带阻谐振器和主传输微带线耦合分别构成两种可重发无芯片标签。高Q带阻谐振器改变主传输线上的超宽带均匀频谱,将谐振电路的编码信息加入到超宽带频谱特征中。为了提高编码容量,采取频率位置和振幅调制的混合编码方式。其中在L型微带耦合谐振器无芯片标签中为了减小标签面积,对L型微带谐振器进行了变形,由耦合L型微带谐振器变成L型开路枝节线,最后标签面积减小了61.7%。接着制作几种典型编码的标签进行测试,通信距离达到10 cm,标签的编码密度1.67 bits/cm~2,编码容量为3.56 bits/GHz。利用高Q的CSRR谐振器设计了另一种可重发无芯片标签,并设计了微带贴片两边开槽的阶梯微带超宽带(UWB,Ultra Wideband)天线作为这种标签的收发天线,减小了标签面积。最后进行了实测验证,通信距离达到30 cm,标签编码密度达到0.63 bits/cm~2,编码容量为5.5bits/GHz。2.提出基于I型缝隙自谐振的无芯片标签,I型缝隙的编码信息加载到反向散射回读写器的雷达散射截面(RCS,Radar Cross Section)的频谱特征中。由于L型微带带阻谐振器和CSRR带阻谐振器组成的无芯片标签都有最低谐振频率的二次谐波干扰,用于编码的频谱范围受到最低谐振频率二次谐波的限制;并且需要两面收发正交的超宽带天线,额外增加了标签面积;标签工作时还需要分别和读写器发收正交的超宽带天线对准。针对这些不利的因素,提出自谐振的I型缝隙无芯片标签,它去掉了两面正交的超宽带天线,减小了标签面积。由于I型缝隙没有二次谐波,增大了可供编码的频带宽度。最后制作了4 bits和12 bits几种典型编码的无芯片标签并进行测试,测试结果和仿真结果相符。这种标签的编码密度达到1.58 bits/cm~2,编码容量为3 bits/GHz,读写器采用高增益的喇叭天线,通信距离达到20 cm。3.提出基于矩形缝隙环嵌套的无芯片标签。虽然I型缝隙谐振器增加了可用编码的频带宽度,但是还会受到三次谐波的干扰,同时入射波激励电场方向必须要和I型缝隙垂直。提出的矩形缝隙环嵌套的无芯片标签很好地解决了这些问题,矩形缝隙环谐振器没有二次、三次、四次谐波,进一步拓展了可供编码的频带宽度;在偏离法向方向不大于30°的情况下,入射波激励电场的方向没有限制。选择矩形缝隙环嵌套,减小了标签面积。设计12 bits编码的无芯片标签面积只有35 mm×35 mm。这种标签编码密度0.98 bits/cm~2,编码容量1.9 bits/GHz,测试时采用高增益的喇叭天线,通信距离可以达到50 cm。
姜文[8]2012年在《天线散射机理分析与RCS控制技术研究》文中认为隐身技术在当今复杂电磁环境下的战争中占有重要的地位,尤其是隐身平台等的隐身性能直接决定了其在战场上的生存和突防能力。电子设备是现代作战平台的重要组成部分,而其中天线的散射特性更是制约整个系统电磁隐身性能的瓶颈因素。天线的RCS控制涉及电磁计算、电磁材料、加工工艺、电磁测量等多个领域,研制具有良好辐射和散射特性的天线具有重要的意义。本文重点研究了天线的散射机理及RCS控制技术,所取得的成果可概括为：1.研究了天线散射的基本理论,结合发射天线和接收天线给出了散射目标天线的时域和频域散射机理,从时域和频域两种角度分离了天线的结构模式项散射场和天线模式项散射场。对阵列天线的散射特性进行了分析,分析过程中包含了阵元间的耦合,简化了阵列天线散射的分析与设计。2.以超宽带平面单极子天线为例,研究了超宽带天线的散射机理,提出了三种减缩平面单极子超宽带天线RCS的方法,分别是减小覆盖面积、半超宽带天线设计以及交叉学科设计。利用上述方法设计了三组天线样机,天线辐射和散射特性的测试与仿真结果表明,以上三种方法设计出的天线除满足良好的超宽带辐射特性外,更具有低RCS特性。3.将仿生学的概念引入到天线工程设计,尤其是低RCS天线的设计。通过昆虫触角、向日葵等模型共设计了五款仿生天线,设计的仿生天线在指定的条件下均具有优异的表现。其中昆虫触角天线、扇形天线、向日葵天线的设计证实了仿生概念在天线RCS减缩技术中的应用,章鱼形和水波纹形天线的设计证实了仿生概念在其它天线设计技术中的应用。4.根据仿生学的概念,仿照植物互生叶片的排序方式设计了仿生频率选择表面,实验结果证明了仿生学在频率选择表面设计中的应用价值。将该频率选择表面应用于天线反射板的设计中,设计了低RCS阵列天线,仿真和测试结果表明设计天线具有与金属反射板天线类似的辐射特性,同时亦具有较低的RCS。5.研究了矩形腔体的散射机理和RCS减缩技术。通过锯齿化处理、内壁倾斜和棱边倒角处理等方法降低了矩形腔体整体的RCS。将微带天线加载到设计的低RCS腔体中,通过对设计天线和参考天线的仿真对比,验证了设计天线的辐射和散射特性,说明了该腔体在低RCS天线设计中的应用价值。6.研究了阵列天线单元间耦合与天线散射的关系,利用S参数网络法降低了二元阵列天线单元间的耦合,设计了低耦合二元阵列天线,并对设计天线和参考天线的辐射散射特性进行了仿真和测试。7.研究了双圆曲面圆柱形腔体和小型圆极化微带天线的散射特性,设计了低RCS圆极化微带阵列天线,实验结果表明在保证天线辐射性能的前提下,设计天线的RCS得到了很好的控制。
贺秀莲[9]2005年在《微带天线的数学建模理论与数值分析方法研究》文中研究表明现代无线移动通信技术以及军事电子对抗技术的快速发展,迫切要求民用和军用通信系统所配备的微带天线具有宽频带或者低RCS等特性,使得高性能的宽频带微带天线以及低RCS微带天线的研制成为一项紧迫且具有重大理论意义和工程意义的课题。本文密切结合“十五”国防预研重点项目“机载导航及电子战天线RCS减缩控制技术研究”和“无人机载天线RCS减缩控制技术研究”以及“电大尺寸目标RCS计算”,着重围绕平面多层介质的微带天线的快速计算、电大尺寸目标RCS计算、大型微带阵列天线的快速分析、宽频带微带天线和低RCS微带天线的分析设计以及样机制作等方面展开研究。作者的主要工作和创造性成果可概括为: 1.系统地研究了离散复镜像法(DCIM)快速求解平面分层介质的空间域格林函数的基本原理和操作过程。采用有效的方法处理了表面波对求解空间域格林函数的影响,计算了近区和远区的空间域格林函数。对离散复镜像法中使用的展开函数和积分路径做了分析比较,提出了一种合适的展开函数和积分路径,能够快速精确地计算任意平面分层介质的空间域格林函数。 2.研究了基于混合位积分方程的可以精确分析平面多层微带结构电特性的空间域矩量法。在空间域格林函数的基础上,采用基于平面三角形矢量基函数的空间域矩量法求解混合位积分方程,快速分析了任意形状的多层微带贴片天线的电特性。首先分析了微带贴片的散射特性;然后结合缝隙电压源模型,计算了微带线馈电的微带天线的特性;最后结合磁流环模型,采用附加模基函数模拟线面结合处的电流分布,计算了同轴线馈电的微带天线的电性能。 3.研究了自适应积分方法(AIM)在计算电大尺寸目标的电特性中的应用。首先研究了自适应积分方法的基本原理和操作过程,并使用该方法快速计算了电大尺寸导体的散射特性,大大减少了传统矩量法需要的存储量和计算时间。然后,将自适应积分算法与基于混合位积分方程的空间域矩量法相结合,使用较少的计算机内存,快速计算了大型微带贴片阵列的散射特性和大型微带阵列天线的辐射特性。 4.研究了宽频带微带天线的设计和制作。使用多层结构,在馈电探针顶端引入圆形金属片来抵消馈电探针的感性,有效地增加了微带天线的工作带宽。使用这种设计思路,用矩量法对天线进行细致的调整,设计制作了两副分别工作在740～960MHz和1.813～2.319GHz的频率范围的宽频带微带天线。
杨梅[10]2015年在《天线加载技术的研究与应用》文中研究指明随着无线通信技术和高速集成电路技术的飞速发展,天线作为无线通信系统中的重要组成部件,其性能指标的要求也越来越高。在实际工程应用中,传统天线的特性参数往往不能满足应用的具体要求,需要在天线上或者天线附近加载某些结构来改善天线的性能。加载技术在天线设计中应用非常广泛,随着现代无线通信系统的发展,如何应用加载技术来实现天线的小型化、天线的多功能化、展宽天线的工作带宽是当前天线加载技术研究和应用的主要方向。针对加载技术研究应用的三个主要方向,本文以小型化的微带天线、多功能平面天线、脉冲天线的频带展宽和辐射波形改善为研究对象,设计了几种加载天线,研究了加载技术在改善天线不同性能方面的应用。本文的工作内容包括：(1)设计了几种采用分布式电抗加载技术来实现的小型化的微带天线,利用等效电路模型对加载原理进行了分析,并利用全波仿真和实物测试验证了加载效果。设计了一种短路条带加载的悬置微带天线,通过短路条带和微带天线之间形成的等效电容和等效电感的加载,使加载天线的工作频率降低了73.5%。还设计了一种Mushroom-like结构加载的悬置微带天线,其中Mushroom-like结构和微带天线之间形成的等效电容和等效电感,使天线的工作频率降低了约74.5%；而Mushroom-like结构单元之间的耦合引入了多个谐振频率,可以实现频率比约为1.4的双频段工作的小型化微带天线,具有较好的实际应用价值。还设计了一种加载Mushroom-like结构和集总电容的悬置微带天线,可以在较低加工精度的情况下,实现与仅加载Mushroom-like结构的悬置微带天线同样的小型化效果。考虑到口径耦合馈电的悬置微带天线为三层结构且制作加载结构时较困难,还设计了嵌入式短路条带加载和嵌入式Mushroom-like结构加载的微带天线,这两种加载天线为双层结构,加载后实现了较好的天线工作频率的降低；与普通的短路探针加载的微带天线相比,这两种加载天线还具有辐射主向无偏移的特性。(2)提出了一种通过加载陷波反射器来实现多功能陷波天线的方法,这种加载结构在低于天线工作频率的陷波频率处可以使加载天线具有陷波的特性,而在天线的工作频带可以提高天线的增益,实现了镜像频率滤波器、反射器和天线三种器件的功能的集成。本文以加载陷波反射器的平面偶极子天线为例,根据给出的陷波反射器的等效电路模型分析了陷波反射器的陷波原理,并通过全波仿真分析了陷波反射器的反射器特性。基于这些研究,本文设计了一种加载陷波反射器的平面领结天线,实测结果表明,陷波反射器的加载实现了在低于工作频段的镜像频率处约44 dB的辐射抑制,同时在工作频段内实现了约3 dB的增益提高。本文还设计了一种加载陷波反射器和引向器的锯齿形平面偶极子天线,仿真和实测结果均表明,陷波反射器的引入使得加载天线在陷波频率处的辐射得到抑制,而陷波反射器和引向器共同作用,使得加载天线在工作频段内增益得到较大的提高。(3)针对脉冲天线的频带展宽和辐射波形改善的问题,设计了几种在天线末端进行阻性加载的脉冲天线,提出并验证了在天线阵元之间进行阻性加载的方法。设计了一种末端延伸电阻条带加载的渐变槽线天线,并仿真对比了加载天线与无加载天线的端口反射信号、天线辐射效率、S参数和辐射波形,对比结果表明,这种加载方式可以有效减少天线末端的反射,在对主辐射脉冲的幅度和天线辐射效率影响较小的前提下,有效降低了辐射波形中拖尾脉冲的幅度,展宽了脉冲天线的低频端带宽。提出了一种末端电阻加载的高斯渐变曲线菱形天线,仿真和实测结果均表明,该天线具有光滑的渐变结构,比传统菱形天线具有更宽的低频工作带宽和更小的内部及末端反射。提出了在阵列单元之间进行阻性加载的设计方法,对阵元之间电阻加载的平面领结天线阵的研究结果表明,阵元之间进行加载可以有效地降低天线单元终端截断处的反射脉冲,有利于展宽天线的工作频带。上述工作以对微带天线进行分布式电抗加载、对平面天线进行结构加载、对脉冲天线进行末端阻性加载为具体的研究对象,研究了加载技术在实现天线的小型化、天线的多功能化、展宽天线的工作带宽等方向的应用,验证了加载技术对天线不同辐射性能的改善。这些加载方法并不局限于所研究的这几种具体天线,也可推广适用于其他天线结构。
参考文献：
[1]. 加载宽带天线和复杂目标RCS研究[D]. 高飞. 西安电子科技大学. 2000
[2]. 感性加载的小型化天线和极宽带天线分析与设计[D]. 巩冰. 西安电子科技大学. 2013
[3]. 基于FSS的隐身天线罩及天线一体化研究[D]. 徐天宇. 电子科技大学. 2017
[4]. 天线雷达截面控制技术研究[D]. 洪涛. 西安电子科技大学. 2011
[5]. 船载有源相控阵天线与通信天线的研究[D]. 朱杨. 西安电子科技大学. 2013
[6]. 天线宽频带、宽角域的雷达散射截面控制技术研究[D]. 龙毛. 西安电子科技大学. 2017
[7]. 频域编码无芯片RFID电子标签[D]. 马中华. 兰州大学. 2018
[8]. 天线散射机理分析与RCS控制技术研究[D]. 姜文. 西安电子科技大学. 2012
[9]. 微带天线的数学建模理论与数值分析方法研究[D]. 贺秀莲. 西安电子科技大学. 2005
[10]. 天线加载技术的研究与应用[D]. 杨梅. 东南大学. 2015
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