毫米波微带阵列天线研究

大型毫米波波导缝隙天线阵设计方法研究赵怀成;吴锡东;吴文【摘要】为了减少大型波导缝隙天线阵的设计的复杂计算,该文在Elliott设计理论基础上,提出一种新的大型波导缝隙天线阵设计方法.该方法利用传输线理论构造负载阻抗近似表达式,并使用数值迭代法直接计算缝隙的归一化导纳,从而实现辐射缝隙的设计;耦合馈电网络则采用电磁场仿真优化获得.整个设计过程具有计算量小、快速实用的优点.最后,研制了一个工作频带为35.3～39.5 GHz的32×16波导缝隙阵列,测试工作带宽达到了10.6% ,H面和E面方向图的3 dB波束分别为4.2°和2.2°.【期刊名称】《南京理工大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2010(034)001【总页数】4页(P113-116)【关键词】毫米波;波导缝隙天线;大型阵列;波导缝隙馈电;互相耦合【作者】赵怀成;吴锡东;吴文【作者单位】南京理工大学,近程高速目标探测技术国防重点学科实验室,江苏,南京,210094;浙江大学,电子信息工程系,浙江,杭州,310027;南京理工大学,近程高速目标探测技术国防重点学科实验室,江苏,南京,210094【正文语种】中文【中图分类】TN823.24波导缝隙天线具有结构紧凑,功率容量大,稳定性高,口径利用率高而被广泛用于雷达和通讯领域各种毫米波系统[1-4]。

而波导宽边开谐振缝隙的天线又具有交叉极化电平比较低的优点,所以成为波导缝隙天线中比较常用的形式。

但是由于波导缝隙的相关结构参数计算比较复杂并且很难保证精确度,从而增加了波导缝隙天线阵列设计的难度和成本。

波导缝隙天线阵的设计方法通常有两种:一种是实验测量的方法,另一种是理论计算的方法。

实验测量法具有设计简单和计算量小等优点,但需要加工多个缝隙进行测量且对测量系统要求很高,再加上缝隙尺寸的精度要求使加工成本较高。

理论计算方法主要是基于Elliot理论[5-7],利用各单元缝隙的自导纳和缝隙间的互耦阻抗,再根据波导上所有缝隙归一化导纳的和等于波导个数这个约束条件来求解天线的结构参数。

毫米波雷达的原理和应用实验报告1. 引言毫米波雷达是一种基于毫米波频段的雷达技术，其工作频段通常在30 GHz到300 GHz之间。

毫米波雷达具有较高的分辨率和抗干扰性能，在军事、交通、安防等领域有着广泛的应用。

本实验旨在通过实际操作，了解毫米波雷达的原理和应用。

2. 实验设备•毫米波雷达设备：XXXX型号•计算机：XXXX型号3. 实验步骤1.将毫米波雷达设备连接至计算机，并打开相关软件。

2.在软件界面中设置扫描范围和扫描角度。

3.调整设备的天线指向并启动扫描。

4.观察并记录扫描结果，包括目标的距离、角度和强度等信息。

5.对比不同目标的扫描结果，分析其中的差异与原因。

6.尝试调整设备参数，如扫描范围、扫描角度等，观察对结果的影响。

4. 毫米波雷达的原理毫米波雷达利用毫米波频段的电磁波进行探测和测距。

其工作原理如下： - 发射：毫米波雷达通过天线发射特定频率的电磁波。

- 接收：发射的电磁波被目标物体反射，并被天线接收。

- 预处理：接收到的信号经过放大和滤波等处理，以增强信号质量。

- 阵列天线：毫米波雷达通常采用阵列天线，通过控制天线阵列的相位差，可以实现波束的调控和方向性的改变。

- 目标检测：经过预处理的信号进行目标检测，利用回波信号的强度、相位和时间等信息，可以确定目标的位置、速度等属性。

5. 毫米波雷达的应用毫米波雷达在各个领域有着广泛的应用，包括但不限于以下几个方面：5.1 军事应用•目标探测：毫米波雷达可以用于探测远距离的目标，如敌方飞机、舰船等，对军事侦察和反制起着重要作用。

•引导导弹：毫米波雷达在制导系统中发挥关键作用，根据目标的回波信号进行精确的控制和引导。

5.2 交通应用•车辆检测：毫米波雷达可以用于交通路口的车辆检测，实现红绿灯的智能控制和交通拥堵的缓解。

•行人检测：毫米波雷达可以用于行人检测，减少交通事故的发生。

5.3 安防应用•入侵检测：毫米波雷达可以用于建筑物周边的入侵检测，实现对安全区域的监控和报警。

基片集成波导技术的研究一、本文概述随着现代通信技术的飞速发展，波导技术作为微波毫米波系统中的重要组成部分，其性能优劣直接关系到整个系统的传输效率和稳定性。

基片集成波导技术（SIW，Substrate Integrated Waveguide）作为一种新型的波导结构，近年来受到了广泛的关注和研究。

SIW技术结合了传统波导和微带线的优点，具有低损耗、高Q值、易于集成等优点，因此在微波毫米波集成电路、天线、滤波器等领域具有广阔的应用前景。

本文旨在全面介绍基片集成波导技术的研究现状、基本原理、设计方法以及应用实例。

我们将回顾SIW技术的发展历程，分析其相比于传统波导和微带线的独特优势。

然后，我们将详细介绍SIW的基本理论和设计方法，包括SIW的传输特性等效电路模型、模式分析以及优化设计等方面。

接着，我们将通过一些具体的应用实例，展示SIW技术在微波毫米波系统中的实际应用效果。

我们还将讨论SIW技术的未来发展趋势和研究方向，以期为相关领域的研究者提供有益的参考和启示。

通过本文的阐述，我们期望读者能够对基片集成波导技术有一个全面而深入的了解，为该技术的进一步研究和应用提供坚实的理论基础和实践指导。

二、基片集成波导技术概述基片集成波导技术（SIW，Substrate Integrated Waveguide）是一种在微波和毫米波频段内实现波导传输的新型平面传输线技术。

该技术通过在介质基片上集成金属化通孔阵列来模拟传统矩形波导的行为，从而实现了波导传输的平面化、小型化和集成化。

SIW技术自21世纪初提出以来，在微波毫米波系统、集成电路、天线等领域中得到了广泛的应用和研究。

SIW技术的主要优势在于其兼具了传统矩形波导和微带线等平面传输线的优点。

与微带线相比，SIW具有更高的Q值、更低的辐射损耗和更高的功率容量；与传统矩形波导相比，SIW则具有平面化、小型化、易于集成和加工成本低等显著优势。

SIW的这些特点使得它在微波毫米波系统中具有广泛的应用前景，尤其是在高性能、高集成度的系统中表现出色。

微波技术与天线研究方向 -回复微波技术与天线研究方向是电子工程领域中非常重要的一个领域，它对于现代通讯和雷达应用非常关键。

在这个领域，研究者主要关注的是如何设计、优化和制造微波器件和天线系统，以及如何将它们应用于实际场景中。

下面将从微波技术和天线两个方面来谈谈这个研究方向的发展和未来趋势。

微波技术方向微波技术是一种将微波信号应用到电子系统中的技术，在通信、雷达和遥感系统中被广泛应用。

这个领域中，主要研究的内容包括：1. 微波元器件的设计和制造：微波元器件包括微波放大器、微波滤波器、微波限制器、微波混频器等，它们是组成微波电路的基本组成部分。

因此，研究者需要设计和制造高性能的微波元器件，以提高微波电路的整体性能。

2. 微波电路设计：微波电路设计是将多个微波元器件组合在一起，形成完整的电路。

在这个过程中，研究者需要考虑如何优化电路结构、降低损耗以及提高功耗，以构建高性能的微波电路。

3. 微波封装：微波器件的封装非常重要，它可以保护器件免受环境的影响，并且有助于优化器件的性能。

因此，研究者需要设计和制造高性能的微波封装，以保证器件的稳定性和可靠性。

未来趋势：在未来，微波技术方向最重要的趋势是开发新的微波材料和器件，以满足不断增长的通讯和雷达需求。

同时，随着人工智能和物联网技术的发展，微波技术也将在自动化生产、无线传感器网络等方面发挥重要作用。

天线方向天线是将电磁波能量从一个空间区域传递到另一个空间区域的装置。

它在无线通讯系统和雷达系统中起着至关重要的作用。

在这个领域中，主要研究的内容包括：1. 天线设计：天线的设计是一项重要的任务，研究者需要考虑诸如天线尺寸、频率范围、增益、方向性、带宽、输入阻抗等等因素。

根据不同的应用需求，设计合适的天线特性，提供高质量的信号传输和接收。

2. 天线阵列设计：天线阵列的设计是一种能够提高系统方向性和增益的技术。

在这个过程中，研究者需要考虑如何优化阵列结构、降低离散度以及提高阵列工作频率，以构建高性能的天线阵列。

超材料微带天线的研究进展周精浩;董焱章【摘要】汽车的智能网联化对车载雷达等智能车身传感器提出了更高的性能要求,其中内置微带天线的性能至关重要.超材料的新颖特性非常有利于提高微带天线的增益、小型化和集成化程度,这里超材料与微带天线的合理匹配是设计研究的重点.从天线结构角度来看,超材料微带天线的类型可分为超材料覆层型微带天线、超材料基板型微带天线、复合左右手传输线型微带天线.超材料微带天线在抑制天线表面波、提高天线方向性和天线多频化等方面具有很好的应用潜力.【期刊名称】《汽车实用技术》【年(卷),期】2019(000)007【总页数】7页(P200-206)【关键词】超材料;微带天线;小型化;增益;集成化【作者】周精浩;董焱章【作者单位】汽车动力传动与电子控制湖北省重点实验室,湖北汽车工业学院汽车工程学院,湖北十堰 442002;汽车动力传动与电子控制湖北省重点实验室,湖北汽车工业学院汽车工程学院,湖北十堰 442002【正文语种】中文【中图分类】U4451953年Deschamps首次提出微带天线，然而受限于覆铜、覆金介质基片光刻技术的落后，直到20世纪70年代Munson和Howel才制造出第一个实际意义上的微带天线[1]。

微带天线具有体积小、结构简单、成本低、易与与其他电磁器件共形、方便与馈电网络和其他有源器件集成等优点。

在汽车智能网连化蓬勃发展的过程中，对车载雷达等智能车身传感器的集成化和小型化提出了更高要求，因此微带天线成为车用雷达的新选择，目前己有采用微带天线阵的汽车雷达系统[2-3]。

但是传统的微带天线的增益普遍较低、性能受介质板材影响较大，易激励表面波导致能量损耗、功率容量较低、频带较窄、馈电与辐射元之间存在着隔离差、方向性比较差等缺点制约微带天线的进一步发展和应用。

上述问题亟需新的微带天线设计理论及研究，本世纪初脱颖而出的超材料设计理念[4-7]恰逢其时，随着超材料理论不断发展，目前超材料已经在天线、雷达、滤波器等领域得到应用，并取得较好的效果。

毫米波雷达的组成1. 引言毫米波雷达是一种利用毫米波频段进行探测和测量的雷达系统。

它具有高分辨率、强穿透能力和抗干扰能力强等特点，在军事、民用以及科研领域有着广泛的应用。

本文将从硬件和软件两个方面介绍毫米波雷达的组成。

2. 硬件组成毫米波雷达的硬件组成主要包括天线系统、发射系统、接收系统和信号处理系统。

2.1 天线系统天线是毫米波雷达中最重要的部分之一，它负责发送和接收电磁波信号。

在毫米波频段，由于信号传输损耗大，天线要具备较高的增益和方向性。

常见的天线类型包括开口馈源天线、微带天线和阵列天线等。

2.2 发射系统发射系统主要由发射源和功率放大器组成。

发射源产生并提供所需频率的电磁波信号，而功率放大器将其放大到合适的功率水平以保证信号传输距离和强度。

2.3 接收系统接收系统负责接收回波信号，并将其转换为数字信号供后续处理。

接收系统包括低噪声放大器、混频器、滤波器和模数转换器等组件。

低噪声放大器用于放大微弱的回波信号，混频器用于将高频信号转换为中频信号，滤波器则用于滤除不需要的频率分量，模数转换器将模拟信号转换为数字信号。

2.4 信号处理系统信号处理系统是毫米波雷达的核心部分，它对接收到的回波信号进行处理和分析。

主要包括时域处理、频域处理和目标检测与跟踪等算法。

时域处理主要用于提取目标的时延信息，频域处理则用于提取目标的频率特征，目标检测与跟踪算法则用于识别和跟踪目标。

3. 软件组成毫米波雷达的软件组成主要包括控制软件和数据处理软件。

3.1 控制软件控制软件负责对整个雷达系统进行控制和管理。

它可以通过用户界面实现参数设置、工作模式切换、数据采集和系统状态监测等功能。

控制软件还可以与其他系统进行通信，实现数据传输和协同工作。

3.2 数据处理软件数据处理软件主要负责对接收到的回波信号进行处理和分析。

它可以对信号进行去噪、滤波、频谱分析、目标检测与跟踪等操作，提取目标的特征和信息。

数据处理软件还可以将处理结果可视化展示，方便用户进行观察和分析。

㊀基金项目:国家自然科学基金(61671249)收稿日期:2020-08-24㊀㊀㊀通信作者:葛俊祥作者简介:葛俊祥(1960-),男,江苏南京人,教授,主要从事电磁场理论㊁微波毫米波理论与技术㊁天线理论与技术㊁雷达系统等的研究;方娟娟(1996-),女,河南信阳人,研究生,研究方向为天线理论与技术㊂第39卷㊀第12期2020年12月电子元件与材料ELECTRONIC ㊀COMPONENTS ㊀AND ㊀MATERIALSVol .39No .12Dec .2020改善交叉极化特性的平面微带阵列天线设计方娟娟,葛俊祥,汪㊀洁,林㊀海(南京信息工程大学电子与信息工程学院电子信息技术与装备研究院,江苏南京㊀210044)㊀㊀摘要:为了改善阵列天线交叉极化特性,设计并制作了一款中心频率为9.5GHz 的单层平面微带阵列天线㊂该天线由10组偏转ʃ45ʎ的贴片单元组成,通过将贴片对称分布在馈电网络两侧以及在贴片上加载可改变表面电流分布的水平缝隙的方法,以改善阵列天线交叉极化特性㊂为保障-25dB 以下的旁瓣电平,馈电网络采用了泰勒加权分布方式分别给每对贴片单元进行馈电㊂所设计的天线整体尺寸为200mm ˑ70mm ˑ1mm ㊂实测结果表明,该阵列天线的带宽(<-15dB )为260MHz ,增益为16.1dBi ,E 面旁瓣电平为-27dB ,E 面和H 面交叉极化电平分别优于-35dB 和-15dB ㊂该天线具有成本低㊁馈电网络简单㊁交叉极化特性良好的特点,在航海雷达等领域有良好的应用前景㊂关键词:微带阵列天线;交叉极化;馈电网络;泰勒加权;阵元开缝法;X 波段DOI :10.14106/j .cnki .1001-2028.2020.0471中图分类号:TN 82㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀文献标识码:ADesign of planar microstrip array antenna with improvedcross -polarization characteristicsFANG Juanjuan ,GE Junxiang ,WANG Jie ,LIN Hai(Institute of Electronic Information Technology and Equipment,College of Electronic and Information Engineering,Nanjing University of Information Science &Technology,Nanjing㊀210044,China)㊀㊀Abstract :In order to improve the cross polarization characteristic of array antenna ,a single -layer planar microstrip array antenna operating in X -band was designed and manufactured.The proposed antenna was composed of ten groups of patches with a horizontal deflection of ʃ45ʎ.The cross -polarization characteristics were improved by distributing the patches symmetrically andloading horizontal slots.In order to realize the side -lobe level below -25dB ,Taylor weighted distribution mode was adopted for the feeding network.The total size of the array antenna is 200mm ˑ70mm ˑ1mm.The measurement results show that the bandwidth of the antenna is 260MHz.The gain is 16.1dBi and side lobe level is -27dB.The horizontal and vertical cross polarization are better than -35dB and -15dB ,respectively.Due to low cost ,simple feed network and good cross -polarization characteristics ,this antenna has good application prospect in Marine radar and other fields.Key words :microstrip array antenna ;cross polarization ;feeding network ;Taylor weighted ;slotting array elements ;X -band㊀㊀天线的交叉极化是表征天线性能的重要参量之一,它对于天线增益㊁辐射性能和抗干扰等有着较大的影响[1]㊂因此,在某些应用场合,系统对天线极化纯度具有较高的要求(通常要求达到-30dB 以下)[2],如卫星通讯和船舶导航等㊂近年来,学者们对降低阵列天线交叉极化做了大量的研究[3-10]㊂如文献[3]将辐射片和馈电网络通过嵌入式地板隔离的方法减小馈电网络辐射对天线辐射的影响,以此降低阵列天线交叉极化㊂虽然一些文献研究可以获得-40dB 的超低交叉极化,但是此时的馈电网络第39卷㊀第12期83㊀结构往往非常复杂,需要采用多层微带板结构,加大了阵列天线的设计和制作难度,同时也增加了阵列天线的制造成本㊂文献[6]中的设计在一定程度上简化了差分馈电网络的结构,相位和幅度也更加稳定㊂但是对于阵元数较多的天线,馈电结构仍然较为复杂,该设计并不适用㊂文献[7]中将图像排列的思想运用到天线单元排列中,通过调整独立馈电子阵的排列抑制交叉极化㊂在阵元数较多的情况下,阵列辐射图会产生较高旁瓣,该结构在工程应用中并不实用㊂因此,适用于多阵列的低交叉极化平面阵列天线仍有待进一步研究㊂X 波段雷达具有技术成熟㊁探测精度高㊁尺寸较小等优点,而广泛用于地球探测卫星㊁气象卫星㊁目标跟踪等㊂其中,在航海雷达目标跟踪的应用中,要求天线垂直方向波束宽度在15ʎ~30ʎ,以防止船舶摇摆时丢失目标,同时也减少海杂波对天线垂直方向的电磁干扰㊂为此,本文提出一款可用于航海雷达的X 波段单层平面微带阵列天线,具有馈电结构简单㊁成本低㊁水平面交叉极化特性良好的特点㊂1㊀天线阵列设计1.1㊀天线单元设计选用相对介电常数εr 为4.4,损耗角正切值tan δ为0.02,厚度h 为1mm 的FR 4介质作为基板㊂天线单元采用如图1(a )所示的偏转45ʎ的微带边馈贴片结构,天线的工作中心频率f c 为9.5GHz ,根据公式(1)-(5)计算可以得到贴片宽度W 和长度L 尺寸[11]近似为:W =9.61mm ,L =7.29mm ㊂λ=c f cεe(1)W =c 2f c εr +12æèçöø÷-12(2)L =c 2f cεe-2ΔL(3)εe =εr +12+εr -121+12h W æèçöø÷-12(4)ΔL =0.412hεe +0.3()W /h +0.264()εe +0.258()W /h +0.8()(5)式中:λ为介质中的波长;εe 为微带天线的有效介电常数;ΔL 为等效辐射缝隙的长度㊂利用电磁场仿真软件HFSS (High Frequency Structure Simulator )对天线单元进行全波仿真计算以确定最终尺寸㊂贴片单元组如图1(b )放置,形成2ˑ1元子阵列㊂由于子阵中两个贴片表面电流水平分量同向,垂直分量反向,空间中水平方向辐射叠加的同时,垂直方向辐射抵消,形成水平极化㊂该结构可以有效地改善该子阵列水平面的交叉极化㊂图1㊀矩形平面微带单元Fig .1㊀Rectangular planner microstrip element1.2㊀馈电网络设计馈电网络主要由十个非等分功分器构成㊂其中,四端口非等分功分器如图2所示,Port 1为输入端,Port 2㊁Port 3和Port 4为输出端,输入端和输出端的特性阻抗为Z 0㊂Port 2和Port 4输出功率相等,Port 2和Port 3输出功率比为1ʒk 2㊂当结点电压为V 0时,Port 1输入功率为:P 1=P 2+P 3+P 4=12V 20Z 0(6)各输出端口的输出功率为:方娟娟等:改善交叉极化特性的平面微带阵列天线设计84㊀Vol .39No .12Dec .2020P 2=P 4=12V 20Z 2(7)P 3=k 2P 2=12V 20Z 3(8)式中:Z 2㊁Z 3分别为Port 2和Port 3的输入阻抗,由公式(6)-(8)计算得:Z 2=k 2+2()Z 0(9)Z 3=k 2+2k 2Z 0(10)输入端经过四分之一波长阻抗变换器与各输出端匹配㊂由公式(11)-(12)计算得到各输出端口对应的四分之一波长匹配段阻抗值分别为Z 12㊁Z 13㊁Z 14㊂Z 12=Z 14=Z 0k 2+2(11)Z 13=Z 0k2+2k 2(12)图2㊀四端口非等分功率分配器Fig .2㊀Four -port unequal power divider由于本设计阵列天线采用中心左右对称的馈电结构,因此设计计算只需要计算一半即可㊂为保障水平方向-25dB 以下的旁瓣电平,阵列天线馈电网络采用了泰勒加权分布,这样计算得到的归一化电流分布为:1ʒ0.88ʒ0.67ʒ0.44ʒ0.28㊂另外,依据公式(6)-(12),可以计算获得各支路的特性阻抗(计算结果见表1)㊂经HFSS 仿真优化后,图3所示的馈电网络的回波损耗和各端口传输相位结果如图4所示㊂表1㊀馈电网络的主要参数Tab .1㊀Main parameters of the feeding network端口Port 1Port 2Port 3Port 4Port 5Z0(Ω)5050505050Z n 1(Ω)70687484.5100Z n 2(Ω)104.595.887.581.5图3㊀馈电网络的参数定义Fig .3㊀Configuration and definition of parameters for halfof the feeding network图4㊀馈电网络的仿真结果Fig .4㊀Simulated results of the proposed feeding network1.3㊀2ˑ10单元阵列天线设计以图1(b )所示2ˑ1单元子阵为基础,结合馈电网络设计2ˑ10单元平面微带阵列天线,相邻贴方娟娟等:改善交叉极化特性的平面微带阵列天线设计第39卷㊀第12期85㊀片间距约为一个等效介质波长,以此实现各个天线单元的同相激励,仿真模型如图5(a )所示㊂由图5(b )所示的仿真结果可看出,阵列天线在水平面主波束内交叉极化非常低,可达到-35dB ㊂不过这种空间垂直分量抵消仅在有限角度内实现,垂直面的交叉极化在主瓣之外出现了较高情况㊂当然,这种情况有时也是非常有用的,如双面双极化要求情况等㊂本设计的主要目的是改善阵列天线交叉极化特性,因此接下来将在此基础之上研究改善垂直面交叉极化的方法㊂当馈电网络两侧贴片间距减小时,仿真结果表明垂直面交叉极化有所下降,但是水平面交叉极化会随着贴片距离的减小而恶化㊂因此仅利用如图5(a )所示天线单元对称排列的方法降低交叉极化具有一定局限性㊂图5㊀2ˑ10阵列天线仿真模型及结果Fig .5㊀Simulation model and results of 2ˑ10array antenna2㊀改进型阵列天线设计2.1㊀改进型2ˑ10阵列天线设计天线的极化方向是天线辐射时的电场强度的方向,即辐射单元表面电流的流动方向㊂在本设计中,天线主极化是水平极化,则垂直流向的电流形成的电场就是相应的交叉极化㊂因此降低交叉极化可以通过减少垂直方向的电流来实现[12]㊂如图6所示,在方形贴片中心沿着水平方向开缝,水平方向的缝隙阻断了垂直方向的电流分量,保留了水平方向的电流分量,贴片单元极化方向由45ʎ线极化[13]变为水平极化㊂仿真优化过程中,贴片单元阻抗值对缝隙的长度和宽度的变化不敏感㊂图6㊀改进型平面微带单元Fig .6㊀Improved planner microstrip element改进后的阵列天线仿真模型及结果如图7所示㊂可以看出,开缝后天线水平面和垂直面的交叉极化均比未开缝的天线有明显下降㊂水平面主瓣范围内交叉极化可达-45dB ,垂直面交叉极化电平比图5(b )所示结果减小了25dB ㊂这验证了切割表面电流能影响极化方向[14],可以用来抑制交叉极化㊂同时,改进后的天线增益还增加了3dB ㊂考虑到航海雷达实际应用中海面回波的影响,本设计要求垂直面波束宽度小于30ʎ,2ˑ10单元阵列天线垂直面波束宽度为40ʎ,因此通过增加垂直方向单元数来减小波束宽度㊂2.2㊀改进型4ˑ10阵列天线设计由于天线单元偏转45ʎ造成水平方向结构不对称,若采用两个2ˑ10单元阵列天线由功分器分别对阵列馈电的形式,不仅功分器的设计较为复杂,同时也会增加一定损耗㊂因此,在图7(a )所示阵列天线两侧各串联一片同尺寸贴片单元,组成4ˑ10单元阵列天线㊂改进型4ˑ10单元阵列天线仿真结果如图8所示,可以看出天线交叉极化特性仍保持了改进型2ˑ10单元阵列天线的优势,垂直面波束宽度为25ʎ,满足了设计要求㊂方娟娟等:改善交叉极化特性的平面微带阵列天线设计86㊀Vol .39No .12Dec .2020(a )改进型2ˑ10阵列天线仿真模型(b )辐射方向图图7㊀改进型2ˑ10阵列天线仿真模型及结果Fig .7㊀Simulation model and results of improved2ˑ10array antenna3　天线实测结果与分析为了证明方案有效性,分别加工了原型(无缝)和改进型(有缝)两种天线,并在暗室对两种阵列天线的远场方向图和交叉极化进行了测量,天线实物和测试环境如图9所示㊂天线实测结果如图10和图11所示㊂天线阻抗带宽(<-15dB )分别为200MHz 和260MHz ㊂由于本文选用的天线基板为FR 4板材,其介电常数极不稳定,基板实际介电常数小于仿真所设值,根据公式(1)可知实际介质波长大于仿真值,从而导致实测中心频率向高频处发生偏移㊂由图11结果可看出,原型和改进型天线增益分别为13.5dBi 和16.1dBi ,水平面主极化旁瓣电平均达到-25dB 以下,垂直面波束宽度均为30ʎ以内,实测结果与仿真结果基本一致㊂考虑到图5(a )中馈电网络两侧贴片较大的距离对垂直面交叉极化的影响,适当减小了贴片单元的尺寸,对应的图11(b )中垂直面交叉极化下降了5dB ㊂由于受天线加工工艺和测试环境的限制,实测方向图和仿真结果差距较为明显,原型天线水平面的实测交叉极化电平为-25dB ,改进型天线水平面的实测交叉极化电平为-35dB ㊂对比两种天线的实测结果,改进型天线增益更高,带宽更宽㊂虽然垂直面单元数的增加造成天线垂直面副瓣升高,一定程度恶化了该面的交叉极化,但是通过对比,改进型天线交叉极化电平仍优于原型天线10dB ㊂实测结果表明本设计具有改善阵列天线交叉极化特性的功能㊂(a )改进型4ˑ10阵列天线仿真模型(b )回波损耗(c )辐射方向图图8㊀改进型4ˑ10阵列天线仿真模型及结果Fig .8㊀Simulation model and results of improved4ˑ10array antenna方娟娟等:改善交叉极化特性的平面微带阵列天线设计第39卷㊀第12期87㊀(a )原4ˑ10阵列天线实物㊀(b )改进型4ˑ10阵列天线实物㊀(c )在微波暗室中测试的场景图图9㊀天线实物以及测试场景图Fig .9㊀Physical antennas and test scenediagram图10㊀两种阵列天线的仿真和实测回波损耗对比图Fig .10㊀Simulated and measured results of the proposed arrayantennas图11㊀两种阵列天线的仿真和实测辐射方向图Fig .11㊀Simulated and measured radiation patterns of the proposed array antennas方娟娟等:改善交叉极化特性的平面微带阵列天线设计88㊀Vol .39No .12Dec .2020㊀㊀本文设计的天线主要参数与其他文献中同类型天线对比的结果如表2所示㊂相较于其他文献的方案,本文设计的馈电网络结构更加简单,水平面交叉极化特性良好㊂表2㊀本文设计的天线与同类型天线参数比较Tab .2㊀Comparison of the proposed array antenna with similar previously文献工作频率(GHz )阵元数基板层数基板材料天线增益(dBi )旁瓣电平(dB )交叉极化电平(dB )[3]9.512ˑ122Rogers 588025.7-21-36[6]12.622ˑ22Rogers 5870/Arlon AD 60012.32-17[8]20.516ˑ161Rogers 588029-25-26[10] 3.51ˑ41Rogers 300312.2-29本文9.54ˑ101FR 416.1-27/-12-35/-154　结论本文提出了一款单层平面微带阵列天线设计,将贴片对称分布于馈电网络两侧的结构有效抑制了阵列天线水平方向的交叉极化,达到了-35dB ㊂在此基础之上,通过在贴片中心加载水平缝隙,使阵列天线垂直方向交叉极化电平达到了-15dB ㊂由于天线垂直面旁瓣较高,一定程度恶化了该面的交叉极化,因此阵列天线垂直面的交叉极化抑制有待进一步研究㊂相较于其他文献的方案,本文设计的馈电网络结构更加简单,水平面交叉极化特性良好,单层介质基板的设计也降低了天线的制作成本,为改善阵列天线交叉极化特性提供了一种新的思路,在航海雷达等领域有良好的应用前景㊂参考文献:[1]王进凯.天线交叉极化对雷达抗干扰的影响[J ].中国新通信,2019,21(24):61.[2]秦顺友,许德森.卫星通信地面站天线工程测量技术[M ].北京:人民邮电出版社,2006.[3]Mardani H ,Nourinia J ,Ghobadi C ,et al.A compactlow -side lobes three -layer array antenna for X -bandapplications [J ].AEU -InternationalJournalofElectronics and Communications ,2019,99:1-7.[4]宋长宏,吴群,张文静,等.一种双扼流槽双极化低旁瓣阵列天线[J ].电波科学学报,2013,28(5):857-861.[5]Saeidi -Manesh H ,Zhang G.High -isolation low cross -polarization ,dual -polarization ,hybrid feed microstrip patch array antenna for MPAR application [J ].IEEE Transactions on Antennas and Propagation ,2018,66(5):2326-2332.[6]Jin H Y ,Chin K S ,Che W Q ,et al.Differential -fedpatch antenna arrays with low cross polarization and wide bandwidths [J ].IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters ,2014,13:1069-1072.[7]Saeidi -Manesh H ,Zhang G F.Challenges and limitationsof the cross polarization suppression in dual -polarization antenna arrays using identical subarrays [J ].IEEE Transactions on Antennas and Propagation ,2020,68(4):2853-2866.[8]Guan D F ,Qian Z P ,Zhang Y S ,et al.High -gain SIWcavity -backed array antenna with wideband and low sidelobecharacteristics [J ].IEEEAntennasWirelessPropagation Letters ,2014,14:1774-1777.[9]Kuo F Y ,Hwang R 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天线工作频率天线工作频率是指天线所能工作或接收信号的频率范围。

天线的频率范围取决于其设计和制造的用途。

下面将介绍几种常见的天线工作频率以及相关的参考内容。

1. 低频天线：低频天线主要用于接收调幅（AM）广播、长波和低频无线电信号。

其工作频率范围通常在30kHz至300kHz之间。

这些天线可以是长线天线、桁架天线或环形天线。

低频天线的工作原理和性能可以参考《天线理论手册》一书。

2. 中频天线：中频天线通常用于接收调幅（AM）广播、短波和中波无线电信号。

其工作频率范围通常在300kHz至3MHz之间。

常见的中频天线包括垂直射频天线和水平射频天线。

有关中频天线设计和性能的详细信息可以在《射频工程师手册》中找到。

3. 高频天线：高频天线主要用于接收调幅（AM）广播、短波和高频无线电信号。

其工作频率范围通常在3MHz至30MHz之间。

高频天线可以是垂直天线、水平天线、对数周期天线或卷帘天线。

关于高频天线的设计和优化可以在《天线理论与设计》一书中找到。

4. 超高频（UHF）天线：超高频天线用于接收UHF广播、电视、无线网络和卫星通信信号。

其工作频率范围通常在300MHz至3GHz之间。

常见的UHF天线包括偶极子天线、螺旋天线和切向天线。

对于UHF天线的设计和应用可以参考《无线通信原理与系统》一书。

5. 毫米波天线：毫米波天线主要用于接收毫米波频段的无线通信信号，其工作频率范围通常在30GHz至300GHz之间。

毫米波天线可以是微带天线、角柱天线或阵列天线。

关于毫米波天线的理论和设计可以在《毫米波通信技术》一书中找到相关内容。

总结起来，天线工作频率范围从低频到毫米波频段不等。

天线的频率范围与其设计和用途密切相关。

以上提到的几种天线工作频率仅仅是部分常见范围，实际上天线的频率范围还有更广阔的选择。

如果需要更深入地了解关于天线工作频率以及天线设计和优化的相关内容，还可以参考其他专业的天线设计手册、无线通信理论书籍和射频工程师指南。

5G 毫米波在移动通信系统的应用探究温正阳，刘旸，张彬，戚凡（中国移动通信集团设计院有限公司河北分公司，石家庄 050021）摘　要　在频谱资源越来越紧缺的情况下，毫米波的大带宽优势使其成为第五代移动通信技术的重点。

目前，我国5G建设正如火如荼的进行着。

毫米波作为我国5G候选频段，对5G发展的重要性不言而喻。

本文从分析毫米波的传输特性入手，通过介绍其优劣势和Massive MIMO技术的结合，进而引入5G毫米波在未来移动通信系统的应用场景及组网架构，为5G毫米波落地实施提供参考。

关键词　毫米波；5G；Massive MIMO；超密集组网中图分类号 TN929.5 文献标识码 A 文章编号 1008-5599（2021）02-0036-05收稿日期：2020-03-17为应对未来爆炸性的移动数据流量增长、海量的设备连接、不断涌现的各类新业务和应用场景，第五代移动通信技术（5G）应运而生。

移动通信发展以来，毫米波因其传播距离短和穿透性差等缺点一直被视为移动通信的“荒芜之地”。

但随着技术的进步与5G 的到来，毫米波的频谱宽、稳定性高和方向性好等优势也逐渐被移动行业发现与利用。

同时，5G 时代给予移动行业足够并且合适的5G 频谱资源，将有效的促进社会经济效益，也为5G 未来持续发展指明了方向。

因此，毫米波成为5G 网络不可或缺的一部分。

根据3GPP 协议规定，5G 网络主要使用FR1频段和FR2频段。

FR1频段的频率范围是450 MHz ～6 GHz，又称Sub 6 GHz 频段；FR2频段的频率范围是24.25～52.6 GHz，通常被称为毫米波。

目前，各运营商的5G 网络正如火如荼的建设，且均按照我国5G发展策略采用FR1频段。

国内已批准5G 毫米波频谱24.75～27.5 GHz 和37～42.5 GHz 作为实验频段。

5G 毫米波技术已趋于成熟，关键技术验证已基本完成，相信5G 毫米波商用指日可待。

微波毫米波通信技术在5G网络中的应用研究第一章：引言随着5G的快速发展，微波毫米波通信技术作为5G网络的重要支撑技术受到了越来越多的重视。

5G作为下一代通信技术，其高速率、低时延和大容量等特性使其应用领域被大大扩展。

本文将重点就微波毫米波通信技术在5G网络中的应用进行研究。

第二章：微波毫米波通信技术概述微波毫米波通信技术是5G网络中至关重要的技术之一。

该技术作为5G网络的主要通信手段，具有高速率、低时延、大容量等特点。

在5G的网络中，微波毫米波是实现高容量、低时延的最佳选择。

在网络中，微波的频率范围为1-100GHz，而毫米波的频率范围为30-300GHz，其较高的频率使其能够更有效地传输数据，从而实现更高的速率。

第三章：微波毫米波通信技术在5G网络中的应用3.1 大数据传输在5G网络中，微波毫米波通信技术可以用于大容量数据传输。

因为5G网络传输速率非常快，可以将大容量的数据在短时间内传输到目的地。

因此，微波毫米波通信技术在5G网络中应用得到了广泛的应用，例如在智能家居中，仅仅几秒就可以下载一个高清电影。

3.2 高速移动通信微波毫米波通信技术在5G网络中的另一个重要应用是高速移动通信。

由于5G网络的大带宽特性，微波毫米波通信技术在高速行驶的车辆中也能够以高速率传输数据。

相较于传统移动通信技术，在高速移动通信中，微波毫米波通信技术能够更快地传输数据，从而实现低延迟的高速移动通信。

3.3 车联网技术车联网技术是微波毫米波通信技术在5G网络中的另一大应用。

微波毫米波通信技术能够在交通管理、车辆安全等方面，为车联网提供可靠的通信支持。

5G网络中的微波毫米波通信技术可以实现车辆之间的互联，从而实现更加智能化的车联网技术应用。

第四章：微波毫米波通信技术应用存在的问题微波毫米波通信技术在5G网络中应用广泛，但是其在实际应用中仍然存在一些问题。

首先，如此高频段的传输容易受到障碍物的遮挡，从而会降低信号传输的可靠性。