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关于GPS/BD射频接收机中镜像抑制混频器设计0 引言随着近些年卫星导航产业的迅猛发展，人们对射频接收机前端芯片在面积、功耗、性能、成本等方面都有了更高的要求。
混频器因为在射频前端芯片链路中处于低噪声放大器和中频滤波器之间，它的性能指标对整个射频前端芯片的性能都有着重要的影响[1]，而镜像抑制混频器由于能够抑制镜像信号的干扰，在混频器设计者中很受欢迎。
本文基于传统的Hartely镜像抑制结构, 设计了一款以共射频输入端正交混频结构为核心单元的镜像抑制混频器，能够很好地抑制镜像信号的干扰。
1 Hartely结构原理传统的Hartely镜像抑制结构如图1所示，将正交的本地振荡信号与射频输入信号分别进行下变频，然后对其中一路下变频信号进行滤波和90°移相操作，最后再将两路信号求和来达到消除镜像中频信号的目的[2]。
我们假设射频输入信号为ARFcos(ωRFt)，镜像干扰信号为AIMcos(ωIMt)，本振信号频率为ωLO，中频信号频率为ωIF，那么它们之间的频率关系可以表示为式(1)：经过正交混频与滤波后A1、A2两点的信号可表示为式(3)、式(4)：从式（6）中可以看出镜像中频信号经过求和后被消除[3]。
上述分析仅限于理想情况下，实际中由于输入信号相位和增益失配等原因，仍有一部分镜像信号不能完全被消除，从而降低了镜像抑制能力。
本文设计电路中采用共射频输入端正交混频结构来降低信号相位和增益的失配，从而增强混频器的镜像抑制效果[4]。
2 电路设计2.1 混频器核心单元设计本文设计的共射频输入端正交混频核心单元结构如图2所示。
电路由4部分组成，分别是由R1-R4构成的负载级、由M3-M10构成的开关级、由M1-M2构成的跨导级和由M11-M14构成的尾电流源级；其中跨导级将射频输入电压信号转化为电流信号。
开关级由本振大信号控制其交替通断，从而实现混频功能。
负载级通过负载电。
《应用于5G频段的相控阵列天线的设计》篇一一、引言随着第五代移动通信（5G）技术的迅速发展，频谱效率的持续提高及更大带宽和低时延需求的出现，传统天线技术已经难以满足新的网络要求。
为了更好地实现高速无线数据传输和系统升级的需求，相控阵列天线以其高效、灵活的波束赋形和调整能力，逐渐成为5G网络的关键技术之一。
本文将探讨应用于5G频段的相控阵列天线的设计原理及实现方法。
二、相控阵列天线的基本原理相控阵列天线是一种通过调整各阵元信号的相位差来控制波束方向的天线阵列。
其基本原理是利用阵列中各元素的相位差来改变波束的指向，实现波束的扫描和赋形。
通过改变阵列中各元素的相位和幅度，可以控制波束的方向、形状和增益等参数，从而满足不同的应用需求。
三、5G频段相控阵列天线的设计1. 阵列结构的选择在5G频段相控阵列天线的设计中，阵列结构的选择是关键的一步。
常见的阵列结构包括线阵、面阵等。
线阵适用于小范围、高精度的应用场景，而面阵则适用于大范围、高容量的应用场景。
考虑到5G网络的覆盖范围和容量需求，我们选择面阵作为主要的阵列结构。
2. 阵元的选择与布局在相控阵列天线中，阵元的选择与布局对天线的性能有着重要影响。
为了满足5G频段的传输需求，我们选择具有高效率、低损耗的阵元类型，并采用紧凑的布局方式以减小整体尺寸。
同时，为了确保天线的辐射性能和稳定性，我们还需要对阵元间的间距进行优化设计。
3. 波束赋形与调整通过调整各阵元的相位和幅度，可以实现对波束的赋形和调整。
在5G频段相控阵列天线的设计中，我们采用了先进的算法来优化波束赋形过程，使其更加高效和灵活。
同时，我们还需要考虑天线的抗干扰能力、增益等参数，以满足不同的应用需求。
四、设计实现与测试在完成相控阵列天线的设计后，我们需要进行实现与测试环节。
首先，根据设计要求制作出实物模型，然后进行实验室测试和现场试验。
在测试过程中，我们需要对天线的辐射性能、增益、抗干扰能力等参数进行全面评估，以确保其满足5G网络的应用需求。
《应用于5G频段的相控阵列天线的设计》篇一一、引言随着无线通信技术的飞速发展，第五代移动通信系统（5G）已经成为当前和未来通信领域的重要研究方向。
相控阵列天线作为5G系统中的关键技术之一，其设计对于提高系统性能、扩大覆盖范围和增强信号质量具有重要意义。
本文将详细介绍应用于5G频段的相控阵列天线的设计，包括设计原理、关键技术、设计流程以及性能评估等方面。
二、设计原理与关键技术1. 设计原理相控阵列天线是一种利用相位控制技术实现波束赋形和波束扫描的天线阵列。
其基本原理是通过调整每个阵元的相位，使波束在空间中产生偏移，从而实现波束的指向和扫描。
在5G系统中，相控阵列天线能够根据信号传播环境和用户需求，动态调整波束指向和宽度，提高信号的覆盖范围和传输速率。
2. 关键技术（1）阵列结构优化：阵列结构是相控阵列天线设计的关键因素之一。
优化阵列结构可以提高天线的增益、效率和辐射性能。
常用的阵列结构包括线性阵列、平面阵列和立体阵列等。
（2）相位控制技术：相位控制技术是实现波束赋形和波束扫描的核心技术。
通过精确控制每个阵元的相位，可以实现对波束的指向和扫描。
常用的相位控制技术包括数字式相位控制技术和模拟式相位控制技术。
（3）信号处理技术：信号处理技术是提高相控阵列天线性能的重要手段。
通过对接收到的信号进行滤波、放大、采样和数字处理等操作，可以提高信号的信噪比和传输速率。
三、设计流程1. 需求分析：根据5G系统的需求，确定相控阵列天线的性能指标和工作频段。
2. 阵列结构设计与仿真：根据需求分析结果，设计出满足要求的阵列结构，并进行仿真验证。
3. 相位控制技术与信号处理技术研究：研究并确定合适的相位控制技术和信号处理技术。
4. 天线单元设计与优化：设计出满足要求的天线单元，并进行优化设计。
5. 整体设计与仿真：将天线单元与阵列结构进行整合，进行整体设计与仿真验证。
6. 制作与测试：根据仿真结果，制作出实物样品并进行测试验证。
《应用于5G频段的相控阵列天线的设计》篇一一、引言随着通信技术的不断发展和演进，5G时代已经到来，其高速、大容量、低时延的特性为人们的生活带来了极大的便利。
作为5G 网络中的关键技术之一，相控阵列天线以其灵活的波束控制、高增益和抗干扰能力等优势，在5G频段的应用中扮演着举足轻重的角色。
本文旨在探讨适用于5G频段的相控阵列天线的设计方法和应用。
二、相控阵列天线技术概述相控阵列天线是一种通过调整阵列中各单元的相位差来控制波束方向的天线技术。
其基本原理是利用阵列中多个单元的相位差来合成一个具有特定方向性的波束，从而实现波束的精确控制。
这种技术具有灵活度高、适应性强等优点，可以满足不同场景下的通信需求。
三、5G频段的特点及需求分析5G频段相较于传统的通信频段具有更高的频率和更宽的频谱资源，这为相控阵列天线的应用提供了广阔的空间。
然而，高频率也带来了更高的路径损耗和更复杂的电磁环境。
因此，在5G 频段下应用的相控阵列天线需要具备高精度、高稳定性以及更强的抗干扰能力等特点。
四、应用于5G频段的相控阵列天线设计1. 阵列结构设计：针对5G频段的特点，需要设计合理的阵列结构。
常用的阵列结构包括直线阵、平面阵和立体阵等。
在设计中需要考虑阵元间距、阵列规模等因素，以保证天线的性能和可靠性。
2. 单元设计：相控阵列天线的单元设计是关键之一。
每个单元需要具备独立的相位控制能力，以便实现对波束的精确控制。
同时，单元的尺寸、形状和材料等也会影响天线的性能。
3. 相位控制算法：相位控制算法是实现波束控制的核心。
需要根据实际应用场景和需求，设计合适的相位控制算法，以保证波束的精确指向和稳定性。
4. 抗干扰设计：由于5G频段的电磁环境复杂，相控阵列天线需要具备更强的抗干扰能力。
可以通过优化阵列结构、采用先进的信号处理技术等手段来提高天线的抗干扰性能。
五、实验与测试为了验证设计的有效性，需要进行实验与测试。
可以通过仿真和实际测试两种方式来评估天线的性能。
基于紧耦合结构的阵列天线与宽带吸波器研究基于紧耦合结构的阵列天线与宽带吸波器研究引言：近年来，随着通信技术的不断发展，阵列天线和宽带吸波器在无线通信和雷达系统中起到了至关重要的作用。
阵列天线通过利用多个天线元件的相互耦合和协同工作，可以实现波束形成、波前合成和干扰抑制等多种功能，从而提高通信系统的可靠性和性能。
一、阵列天线技术的基本原理阵列天线是一种由多个天线元件组成的系统结构，其工作原理是通过调控每个天线元件之间的接收和发射信号的相位差和振幅，实现波束形成和波前合成。
其基本原理如下：1. 相位控制：通过控制每个天线元件的相位差，使每个天线元件的辐射波达到相位一致，从而实现波束的形成和控制。
这样可以将射频功率集中在一个方向上，提高天线的增益和有效辐射能力。
2. 振幅控制：通过调整每个天线元件的发射或接收功率，实现波束的形成和调节。
通过改变振幅分布，可以改变波束宽度和方向，适应不同的通信场景和工作要求。
3. 空间滤波：阵列天线系统中的耦合效应可以用来实现对来自不同方向的信号的选择性响应，即空间滤波。
通过调整天线元件间的相互耦合程度，可以实现对波束的形状和方向的调节，从而实现对特定方向信号的选择性放大和抑制。
二、基于紧耦合结构的阵列天线设计与优化紧耦合结构是指阵列天线系统中天线元件之间的相互耦合程度较高，通过密集排列和设计的方式实现的耦合结构。
相对于传统的阵列天线结构，基于紧耦合结构的阵列天线具有以下特点：1. 天线元件之间的距离较近，可以减小整体体积，适应小型化和集成化的需求；2. 天线元件之间的相互耦合程度较高，可以实现更高的波束形成和方向调节精度，提高天线系统的性能；3. 天线元件之间的相互耦合可以用来实现天线间的信息传导和相互信息补偿，提高系统的工作稳定性和抗干扰能力。
基于紧耦合结构的阵列天线的设计与优化主要包括以下几个方面的内容：1. 紧耦合结构的天线元件设计：需要根据实际应用需求和工作频段，选择合适的天线元件，确定元件的结构和参数。
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120ghz 基波混频器电路单元设计设计120 GHz基波混频器电路单元需要考虑高频电路设计的复杂性和敏感性。
以下是一种可能的设计思路，但请注意在实际设计中需要详细的电磁仿真和测试验证。
1.器件选择：•倍频器和混频器元件：选择高频工作的倍频器和混频器元件，确保其在120 GHz工作时有良好的性能。
例如，使用高频倍频器和混频器芯片，如HBT（Heterojunction BipolarTransistor）技术。
2.局部振荡器设计：•VCO（Voltage Controlled Oscillator）设计：设计一个工作在60 GHz左右的VCO，产生稳定的局部振荡信号。
使用微带天线或微带谐振器以实现高频的振荡。
3.混频器设计：•倍频混频器设计：将局部振荡信号通过倍频器产生信号的二次谐波，然后通过混频器与输入信号混频产生中频信号。
•阻抗匹配：确保混频器和倍频器输入输出端口的阻抗匹配，以最大程度地提高传输效率。
4.射频和中频滤波器：•射频滤波器：设计适当的射频滤波器以抑制不必要的谐波和杂散信号。
•中频滤波器：在混频后，使用中频滤波器以选择所需的中频信号，抑制其他频率分量。
5.功率放大器：•中频功率放大器设计：可能需要中频功率放大器来增强混频后的信号强度，确保足够的信噪比和输出功率。
6.电源和接口设计：•电源隔离和滤波：在电源设计中考虑电源隔离和滤波，以减小电源噪声的影响。
•接口设计：设计合适的接口电路，以便与其他系统集成。
在设计过程中，建议进行详细的电磁场仿真和电路仿真，以确保电路在高频条件下能够正常工作。
此外，实际的硬件测试和优化也是确保设计成功的关键步骤。
双极化方向回溯整流天线阵列设计与实验杨雪霞;梅欢;朱戈亮【摘要】提出了由双极化方向回溯Van Atta天线阵和差分整流电路组成的方向回溯整流天线阵,它能够避免接收波束未对准和收发天线极化失配而造成整流天线转换效率的急剧下降,使整流天线在宽入射角和任意极化时仍能保持稳定的直流输出.设计并测试了C波段2×2元阵列.实验结果表明,当入射波功率密度为3.43mW/cm2时,双极化方向回溯整流天线阵列的垂直和水平极化端口归一化电压比大于0.8的入射角度范围分别为[-38°,38°]和[-31°,31°].当功率密度为4.32mW/cm2时,两个极化端口均获得70.8％的最高整流效率.【期刊名称】《电波科学学报》【年(卷),期】2018(033)004【总页数】7页(P380-386)【关键词】整流天线;阵列;整流效率;方向回溯;双极化【作者】杨雪霞;梅欢;朱戈亮【作者单位】上海大学上海先进通信与数据科学研究院特种光纤与光接入网重点实验室特种光纤与先进通信国际合作联合实验室,上海200444;上海大学上海先进通信与数据科学研究院特种光纤与光接入网重点实验室特种光纤与先进通信国际合作联合实验室,上海200444;上海大学上海先进通信与数据科学研究院特种光纤与光接入网重点实验室特种光纤与先进通信国际合作联合实验室,上海200444【正文语种】中文【中图分类】TN820引言高效的微波能量传输系统,需要接收整流天线的电磁波极化方向和波束方向与发射天线严格对准,否则整流天线效率将急剧下降. 圆极化整流天线能减小极化失配带来的能量损失,可以在收发天线相对旋转的情况下保持输出电压的稳定,但是当最大方向对不准时,也不能维持输出电压的稳定[1-2];而且圆极化天线不能接收旋向相反的圆极化波. 双极化天线则可接收任意方向的线极化和圆极化波,更具优越性. 为了在宽入射角度内保持整流天线输出电压的稳定,可以采用具有较宽波束宽的非均匀天线阵[3];但是非均匀天线阵增益远远低于均匀天线阵,且非均匀阵由许多大小不等的阵元组成,设计与实现较为复杂.方向回溯天线阵不需要准确的来波信息就可以将入射波沿着来波方向发射回去,能够在较大的角度内实时跟踪来波. 其自动波束扫描性能已经应用于一些无线通信系统[4-5]和射频识别[6-7],特别适应于通信链路不固定的场合,如基站和移动用户之间,移动用户和移动用户之间的通信[5]. 系统的方向回溯功能完全通过硬件实现,不需要额外的算法和数字电路,反应速度很快. 它主要有两种阵列结构:相位共轭阵和Van Atta阵. 前者需要混频电路以及本振信号,使得与整流天线集成设计及整个系统变得复杂;Van Atta天线阵通过特定长度传输线将阵元连接起来,可以是无源的,结构简单,容易与整流电路集成,从而构成方向回溯整流天线阵. 文献[8-9]将相位共轭回溯天线阵用于微波输能系统设计,固态相控阵发射天线阵列中有一个单元用来接收整流天线阵列的信标信号,产生相位共轭的混频器等置于整流天线阵列面上. 文献[10]设计的2×2元Van Atta圆极化整流天线阵列,在最大方向上,当功率密度为10 mW/cm2时,MW-DC转换效率73.3%,直流输出电压2.48 V,且在[-10°,10°]角度范围内基本不变,在小于45°范围内电压比为0.9.本文提出由双极化方向回溯Van Atta天线阵和差分整流电路组成的方向回溯整流天线阵,它能够避免接收波束未对准和收发天线极化失配而造成整流天线MW-DC 转换效率的急剧下降,使整流天线在宽入射角和任意极化时仍能保持稳定的直流输出,适用于远距离微波能量传输系统. 设计并测试了C波段2×2元阵列,验证了设计的有效性.1 双极化缝隙耦合微带天线设计采用双极化缝隙耦合微带天线作为方向回溯整流天线阵列的接收单元,在两个极化方向上分别获得方向回溯性能,从而解决接收天线极化和方向的对不准问题. 双极化缝隙耦合微带天线有三个优点:其一,微带馈线和接收贴片置于不同介质层,不仅减小相互影响,而且便于多元阵列设计,减小馈电网络占用面积;其二,缝隙耦合双层结构具有谐波抑制功能,能有效地抑制由于二极管非线性在电路中产生的高次谐波,省去了整流电路中的滤波器,使得整流天线阵列结构紧凑;其三,双层结构在一定程度上可以增加天线的带宽和增益.图1是双极化天线结构图,天线由双层介质板构成,有三层金属层.顶层是星形辐射贴片,在组阵时能减小阵元之间的相互耦合;中间层是接地板,开有两个相互正交的耦合缝隙,缝隙呈渐变“工”字形,用于阻抗匹配;底层是两个正交的微带馈线,分别激励水平和垂直极化波.(a) 贴片天线 (b) 侧视图 (a) Patch antenna (b) Side view(c) 耦合缝隙与馈线(c) Coupling slot and feedline图1 双极化天线结构图Fig.1 Structural diagram of dual polarized antenna采用ANSYS高频结构仿真软件HFSS进行仿真设计,工作频率为5.8 GHz. 两层介质的相对介电常数均为2.65,正切损耗角为0.002,上下层的厚度分别为h1=1.5 mm,h2=0.8 mm,铜箔厚为0.035 mm. 馈线宽度均为2.2 mm,使其特性阻抗为50 Ω,可直接与整流电路集成. 最终设计的天线结构参数为:w=27.5 mm,l=27.5mm,wp=14.9 mm,lp=14.9 mm,a=13mm,b=5 mm,w50=2.2 mm,ws1=2 mm,ls1=5.4 mm,ws2=2 mm,ls2=6.8 mm,lo1=2.66 mm,lo2=2.1 mm,O1=2.2 mm,O2=1.8 mm.图2给出了双极化天线的测试S参数曲线.两个端口的公共阻抗带宽(S11、S22≤-10 dB)为3%(5.96～6.14 GHz),中心频率为6.05 GHz,与仿真的中心频率5.8 GHz 有250 MHz的频偏. 误差主要来源于加工和测试,天线双层结构是采用塑料螺钉固定的,上下层介质板之间存在空气间隙,会使得频率上升. 两端口的实测隔离度较好,在有效带宽内大于35 dB. 在二次谐波12.1 GHz上,垂直极化端口的反射系数为-0.8 dB,水平极化端口的反射系数为-4.6 dB,可见该天线具有良好的谐波抑制功能,且垂直极化端口的性能优于水平极化端口. 测得天线在频率为6.05 GHz时垂直和水平极化端口增益分别为6.5 dBi和6.3 dBi,用于后面计算整流天线在远场区接收到的能量.图2 双极化天线S参数的测试频响特性Fig.2 Frequency response characteristics of S parameters for dual polarized antenna2 差分整流电路设计方向回溯整流天线阵需要差分整流电路. 图3(a)给出了所设计的差分整流电路结构图,它由输入匹配电路、二极管和直通滤波器组成,由于接收天线具有谐波抑制功能,因此整流电路无需设计输入低通/带通滤波. 为了使电路小型化,用150 pF的电容作为输出端直通滤波器,来进一步滤除高次谐波和基波,二极管至电容之间的微带线用于消除二极管的虚部达到匹配,其长度约为λ/4. 直通滤波器的两个输出端与负载电阻相连.(a) 结构图 (b) 实物(a) Structure diagram (b) Prototype图3 差分整流电路结构和实物Fig.3 Differential rectifier circuit structure and prototype整流二极管是整流电路中的关键元件,对于不同频率和不同功率选择合适的整流二极管,有助于设计高效率整流电路. 这里采用 MA-COM 公司的 MA4E1317 肖特基二极管,其导通电压低、损耗小、反应速度快. 二极管等效电路参数为:结电容Cj0=0.02 pF,串联电阻Rs=4 Ω,反向击穿电压 Vbr=7 V,正向导通电压 Vbi=0.7 V,理论上工作频率可达80 GHz. 为了便于和接收天线集成,整流电路也采用0.8 mm 厚的F4B-2介质板,如图3(b)所示. 整流电路优化后的结构参数为:w50=2.2 mm, g=0.45 mm, w1=3.45 mm, l1=7.0 mm. 由于差分电路两端口信号存在180°相位差,需要连接0°/180°电桥测试其MW-DC整流效率,整流电路输入端接信号源和放大器. 电路整流效率计算公式为η(%)%.(1)式中:RL为整流电路负载值;VL为负载两端电压;Pin为经过放大器后输入到整流电路的微波功率.图4给出了整流电路在6.05 GHz频率时，不同输入功率下整流效率随负载变化曲线. 可见，随着负载的增加，整流效率增大；随着输入功率的增加，整流效率增大. 不同功率具有相同的最佳负载240 Ω.当负载为240 Ω,频率为6.05 GHz时,整流效率和输出电压随输入功率变化曲线如图5所示. 可见,整流效率和直流输出电压随着输入功率升高而增大,当输入功率为20 dBm时,整流电路最大整流效率为73.8%,输出直流电压为4.21 V. 当输入功率为21 dBm时,整流效率急剧下降为64%,而输出电压趋于不变. 当功率再增加时,整流二极管将被击穿.图4 不同输入功率下整流效率随负载变化曲线Fig.4 Test curves of rectifier efficiency versus load change with different input power图5 整流电路效率和输出电压随输入功率变化曲线Fig.5 Curves of efficiency and output voltage of rectifier circuit versus input power通过以上实验发现,MA4E1317二极管的反向击穿电压约11 V,大于给定值. 而根据整流原理,当输出电压达到Vo=Vbr/2.2时二极管能获得最高的效率,此时整流电路效率也最高.3 2×2方向回溯整流天线阵列基于以上双极化天线单元和差分整流电路,设计2×2元双极化方向回溯整流天线阵列,并建立测试系统,验证其方向回溯性能.3.1 阵列设计方向回溯Van Atta天线阵最早由L.C. Van Atta在1959年的专利中提出[11],它是由多个与阵列几何中心对称的天线单元对组成,通常阵元数为偶数,图6是线阵和面阵示意图. 每个天线对用等电长度或者相差整数个工作波长的传输线连接,工作时,阵列中每一个天线单元接收的信号被与它成几何对称的另外一个天线单元再辐射出去,起到方向回溯的功能,如图6(a)所示.(a) 线阵 (b) 面阵(a) Linear array (b) Area array图6 四元Van Atta阵Fig.6 Four element array of Van Atta天线阵元间距过大将会出现栅瓣,阵元间距过小则导致单元互耦严重而引起方向图畸变. Van Atta阵元间距应当满足公式(2)式中:d为阵元间距;λ0为自由空间波长;θin是入射波的角度. 因此,理论上,为了实现-90°至+90°的扫描范围,阵元间距d应为0.5λ0.由于上述接收天线馈线和整流电路输入阻抗均为50 Ω,可以直接集成,如图7(a)、(b)、(c)所示. 方向回溯整流天线阵包括顶层的4个贴片天线、中间层的接地板及耦合缝隙和底层的4个差分整流电路,阵元间距约0.5λ0,即d=25.8 mm. 方向回溯特性实现原理如图7(d)所示,当二极管被入射波导通时,对于天线而言, l1和l2构成垂直极化方向回溯天线阵,l3和l4构成水平极化方向回溯天线阵. 这时二极管不仅起到整流的作用,而且还是回溯电路的开关. 理论上应在-90°至+90°内进行扫描,但是由于阵元之间的耦合,扫描角度会小于这个角度. 将两个极化直流输出相并联,形成1×2并联阵列,其连接方法如图7(e)所示,端口标号在图7(c)中. 根据整流天线并联组阵理论[10],二元并联阵列的最佳负载应该为单元的一半,在这里为120 Ω. (a) 顶层-贴片天线 (b) 中间层-接地板上的耦合缝隙 (a) Top layer-patch (b) Middle layer-coupling slotantenna on the floor(c) 底层-整流电路(c) Bottom-rectifier circuit(d) 方向回溯等效馈线 (e) 直流连接方法(d) Retrodirective equivalent (e) DC connection feedlines 图7 2×2方向回溯整流天线阵结构及方向回溯原理Fig.7 Structure of 2×2 retrodirective rectenna array and the operation principle3.2 实验测试实际加工并测试了2×2双极化方向回溯整流天线阵,天线实物照片和效率测试系统如图8所示. 整流天线阵置于距发射天线75 cm的远场区. 测试整流天线效率时,保持θin为0°,收发天线极化一致(即φ=0°),改变发射功率,测试整流天线输出电压. 测试整流天线阵方向回溯性能时,整流天线绕着其中轴线转动,即改变θin,测试整流天线输出电压随入射角变化情况.(a) 正面照片 (b) 背面照片 (c) 方向回溯测试(a) Front (b) Back (c) Retrodirective measurement(d) 实测照片(d) Measurement setup图8 方向回溯整流天线实物图和测试系统Fig.8 Prototype and testing system of direction rectified rectifying antenna 整流天线转换效率的计算公式如下:η(%)%.(3)式中:RL和VL与式(1)的意义相同;Pr为整流天线接收到的功率,可根据Friis传输方程计算得到,(4)式中:Pt是发射功率;Gt和Gr分别是发射和接收天线增益;D是传输距离;λ是工作波长. RL=120 Ω,频率f=6.05 GHz.在φ=0°,θ=0°方向上两个极化端口的输出电压和整流效率随入射波功率密度变化曲线如图9所示. 输出电压和整流效率均随着入射波功率密度增加而增加,当功率密度为4.32 mW/cm2时获得70.8%的最高整流效率.(a) 输出电压(a) Output voltage(b) 整流效率(b) Rectifying efficiency图9 在φ=0°,θ=0°方向上两个极化端口测试电压和整流效率随功率密度变化曲线Fig.9 Measured voltages and efficiencies versus rectifyingdensity at two polarization ports in the direction of φ=0°,θ=0°将整流天线放置在转台上,使得整流天线绕着转台中心旋转(φ=0°,θin变化),测试整流天线输出电压随入射波角度变化情况,并用θin=0°上的电压进行归一化. 图10给出了不同功率密度下,垂直极化端口电压及归一化电压比随入射角度变化曲线. 可以发现,输出电压在θin=0°时最大,当角度变大时输出电压逐渐下降. 在入射波功率密度为2.16 mW/cm2时,归一化电压比大于90%的入射角度范围为[-27°,27°],归一化电压比大于80%的入射波角度范围为[-37°,37°];在入射波功率密度为3.43 mW/cm2时,归一化电压比大于90%和80%的入射角度范围分别为[-28.5°,28.5°]和[-38°,38°]. 随着入射波功率密度的增加,不同角度上的电压比也有所增加. (a) 输出电压随入射角变化(a) Output voltage versus incident angle(b) 输出电压比随入射角变化(b) Output voltage ratio versus incident angle图10 不同功率密度下垂直极化端口测试曲线Fig.10 Vertical polarization port test curves with different power density图11给出了不同功率密度下,水平极化端口电压和电压比随入射角度变化曲线.在入射波功率密度为3.43 mW/cm2时,归一化电压比大于90%和80%的入射角度范围分别为[-21°,21°]和[-30°,30°];在入射波功率密度为5.20 mW/cm2时,归一化电压比大于90%和80%的入射角度范围分别为[-23°,23°]和[-31°,31°]. 水平极化端口方向回溯性能稍劣于垂直极化端口.(a) 输出电压随入射角变化(a) Output voltage versus incident angle(b) 输出电压比随入射角变化(b) Output voltage ratio versus incident angle图11 不同功率密度下水平极化端口测试曲线Fig.11 Horizontal polarization port test curves with different power density4 结论本文提出了双极化方向回溯整流天线阵,在微波输能系统的收发天线电磁波波束和极化方向未能对准的情况下,使整流天线仍能保持稳定的直流输出. 设计并测试了C 波段2×2方向回溯整流天线阵列. 实验结果表明:双极化端口在较宽的入射角范围内电压变化小,均有稳定的直流能量输出. 双极化方向回溯整流天线阵可以有效地解决整流天线阵列波束方向和极化方向对不准问题,在远距离微波输能系统中具有较高的应用价值.参考文献【相关文献】[1] HEIKKINEN L, KIVIKOSKI M. Low-profile circularly polarized rectifying antenna for wireless power transmission at 5.8GHz[J]. 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