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5G；交叉振子；双极化天线；终端天线；超宽带 1

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适用于60 GHz应用的新型宽带高效毫米波天线阵列分析和设计 Research Articles

Kai-lai WU, Yuan YAO, Xiao-he CHENG, Jun-sheng YU, Tao YU, Xiao-dong CHEN

《信息与电子工程前沿（英文）》 2020年第21卷第1期页码 128-143 doi: 10.1631/FITEE.1900461

摘要：提出一种适用于60 GHz应用且具有灵活设计的毫米波天线阵列。通过简单地改变天线阵列的辐射部分，可将天线阵列调整为线极化或圆极化。通过采用低插入损耗馈电网络和宽带天线单元，可实现高增益、宽带和高辐射效率特性。对于线性极化天线阵列，仿真结果表明，2×2天线子阵列的阻抗带宽达到21.6%，最大增益达到15.1 dBi，并且在工作带宽内波动小于0.4 dBi。对于8×8线极化天线阵列，仿真结果显示带宽为21.6%，增益为（26.1±1） dBi，天线效率超过80%。对于8×8圆极化天线阵列，仿真结果表明，阻抗带宽为18.2%，轴比（AR）带宽为13.3%。同时进行了天线阵列实物加工测试，并比较和分析结果。

关键词： 60 GHz；天线阵列；线极化；圆极化；毫米波

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一种高增益、宽频带的毫米波双极化法布里—佩罗天线

郭庆毅,黄衡

《信息与电子工程前沿（英文）》 2021年第22卷第4期页码 599-608 doi: 10.1631/FITEE.2000514

摘要：随着毫米波无线通信技术日趋成熟，以及2019年世界无线电大会（WRC-19）正式将37–43.5 GHz，47.2–48.2 GHz和66–71 GHz等频段用于国际移动通信（IMT），毫米波通信系统近期将陆续在世界范围内开展大规模商用部署毫米波存在路径损耗大等不利的传播特性。宽带高增益毫米波天线作为通信传播和电子设备之间的接口，为补偿通信系统的路径损耗、提高数据传输提供了保障。本文提出一种高增益、宽频带的毫米波双极化法布里—佩罗天线，采用宽带的双极化馈源、近似椭圆抛物面的反射地板以及全对称的集成菲涅尔环的单层部分反射表面，实现了宽带高增益的双极化毫米波法布里—佩罗天线设计，为毫米波天线应用和未来通信系统以及通信方案的创新奠定基础此馈电源采用磁电偶极子的辐射体结构实现宽带的特性，通过十字形馈电缝隙提高两个极化之间的极化隔离度，形成宽带高隔离度的毫米波双极化馈电源。这些性能确保所提出的双极化法布里—佩罗天线能有效应用于毫米波频段无线通信系统。

关键词：双极化；法布里—珀罗腔天线；与菲涅耳带透镜集成的部分反射面；毫米波波段；高增益；宽带

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具有高隔离度的毫米波平面双极化共口径阵列天线 Correspondence

曹羽艳1,郭子均1,郝张成1,2,3

《信息与电子工程前沿（英文）》 2022年第23卷第10期页码 1568-1578 doi: 10.1631/FITEE.2200122

摘要：

本文提出并设计了一种毫米波平面共口径阵列天线。通过集成基板集成波导（SIW）和带状线激励网络，将K波段天线嵌入至Ka波段天线内部。通过共享辐射口径减小天线尺寸，降低其剖面高度。所设计的Ka波段天线通过SIW腔体表面的一对平行缝隙辐射水平极化波，而K波段天线通过SIW腔体表面的蝴蝶结形缝隙辐射垂直极化波。为了验证以上设计思想，我们设计了一款中心工作频率为19 GHz和30 GHz的8×8共口径阵列天线，并采用多层印刷电路板（PCB）技术进行加工制造。实测结果表明，该天线在K波段和Ka波段的−10 dB阻抗带宽分别为7.73%和大于20%，相应的隔离度分别高于60 dB和44 dB。所提出的共口径天线具有小尺寸、低剖面和高隔离度的优点，可应用于小型化毫米波无线通信系统。

关键词：共口径；平面天线；高隔离度；基片集成波导

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极化可编程阵列天线 Article

陈定昭, 刘颜回, 李明, 郭攀, 曾卓, 胡俊, Y. Jay Guo

《工程（英文）》 2022年第16卷第9期页码 100-114 doi: 10.1016/j.eng.2022.03.015

摘要：

可重构天线技术是未来无线通信和传感系统中的一项重要的技术。众所周知，采用线极化（LP）可重构天线作为通信单元，可以从一组LP状态中选择更优的极化状态，从而提高通信链路的质量。本文提出了极化可编程的可重构天线阵列新概念，该阵列由多个具有有限极化数目的可重构天线单元组成。通过对所有的阵列单元的极化状态进行编程并采用一个新的优化策略对极化状态进行优化，证明了该阵列可以在矢量方向图中实现任意期望的LP，同时精确控制副瓣和交叉极化电平（XPL），从而完美匹配所需的通信信号的极化

关键词：阵列天线极化可编程天线可重构天线

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一种低剖面双极化可编程双波束扫描天线阵列 Perspective

朱世超,宁远帆,褚宏波,肖培,李高升

《信息与电子工程前沿（英文）》 2023年第24卷第10期页码 1504-1512 doi: 10.1631/FITEE.2300253

摘要：提出一种基于全息控制理论的低剖面双极化双波束扫描天线阵列。巧妙设计辐射单元，以通过控制集成在每个单元上的PIN二极管的状态实现可重构极化和辐射相位调制。将一个72通道的串并联等幅同相馈电网络与辐射阵列集成，实现阵列的低剖面特性。通过设计直流偏置电路，利用单片机对天线阵列数字编码，实现波束的二维动态精确偏转。加工制作了一个2单元子阵列和一个6×12阵列，并对该天线系统的数字可控辐射方向图特性进行实验验证。该天线系统可以在11 GHz实现−30°至30°的波束扫描，步进扫描角为5°。该天线系统具有体积小、成本低、易于集成、波束控制准确等特点，在雷达系统、智能天线等领域具有广阔的应用前景。

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用于5G的毫米波宽角扫描天线 Article

Raj Mittra, Abdelkhalek Nasri, Ravi Kumar Arya

《工程（英文）》 2022年第11卷第4期页码 60-73 doi: 10.1016/j.eng.2021.10.017

摘要：

第五代（5G）网络通信系统主要工作在毫米波波段，预计可以提供数千兆的数据速率，这是目前使用无线服务（包括低于6 GHz的频段）所无法实现的本文简要综述了几种现有的用于5G应用的毫米波相控阵设计。首先，介绍了低剖面天线阵列设计，包括固定波束和仅在一个平面上扫描波束的两种设计类型。值得注意的是，因为在毫米波波段传统的移相器损耗高且价格昂贵，所以找到一个能替代传统移相器的器件是非常必要的；此外，诸如包括射频放大器在内的有源移相器等替代品也是既昂贵又耗电的。在此背景下，本文提出了两种不同的天线系统，这两种天线系统在毫米波范围内具有理想的2D扫描性能。第一种天线系统是龙伯透镜，该透镜由2D波导阵列或微带贴片天线阵列激励，以实现2D扫描能力。最后，讨论了几种通过修改传统阵列配置来提高阵列增益的方法。本文还介绍了通过使用可重构的超表面类型的面板来实现一维（1D）和2D扫描的新技术。

关键词：龙伯透镜扫描阵列毫米波天线可切换移相器可重构超表面

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堆叠排列基于衬底集成波导腔体的半圆型贴片天线用于带有滤波效应的宽带圆极化 Correspondence

姚奕彤,董刚,朱樟明,杨银堂

《信息与电子工程前沿（英文）》 2023年第24卷第5期页码 759-766 doi: 10.1631/FITEE.2200398

摘要：文章提出一种应用于 X 频段和 Ku 频段卫星无线通信的带有滤波效应的新型宽带圆极化天线。该结构包含一个驱动层（同时也是滤波层）以及一个堆叠层（同时也是圆极化层）。引入倒角贴片作为堆叠元件，具有同时实现圆极化和拓宽工作带宽的能力。使用多层印制电路板（PCB）工艺制作了一个尺寸为0.8λ0×0.71λ0×0.16λ0的紧凑原型进行演示。此外，还获得了 8.9 dBic 的左旋圆极化峰值增益，大于 7 dBic 的带内平均左旋圆极化增益，以及良好的频率选择性。

关键词：圆极化；滤波效应；贴片天线；衬底集成波导

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毫米波系统中的通信定位一体化技术

杨杰1,徐靖1,李潇1,金石1,高波2,3

《信息与电子工程前沿（英文）》 2021年第22卷第4期页码 457-470 doi: 10.1631/FITEE.2000505

摘要：本文解释了毫米波系统中的通信定位一体化技术，该技术共享同一套硬件架构和算法体系；阐述了基于超大规模天线阵列和模型驱动神经网络的通信定位一体化技术；并为定位辅助的毫米微波通信提出全面的指导。毫米波通信系统中的定位旨在基于基站或锚节点发送或接收的一组无线参考信号，估计用户设备或代理节点的位置、速度和方向以及可能的散射体。通过复用毫米波通信的基础设施来部署定位既方便又划算。（1）基于超大天线阵的定位随着天线维度逐渐上升，天线阵列辐射的近场区的距离也逐渐增大，因此用户和重要的散射体就更可能会被定位在阵列的近场区。毫米波频段的电磁特性决定了毫米波通信的高方向性。因此，位置信息（包括速度）与毫米波通信的各个方面有关，例如自由空间路径损耗、多普勒频移、信道质量、波束方向、阻塞和干扰水平。传统的毫米波通信完全基于估计的CSI运行，因此要求非常频繁的波束训练和信道估计过程，以克服毫米波信号所经受的大路径损耗和高阻塞概率。

关键词：毫米波；通信定位一体化；位置辅助通信；超大规模天线阵列；可重构智能表面；人工智能；神经网络

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用于毫米波焦面阵成像系统的扩展半球介质透镜

孙忠良,窦文斌

《中国工程科学》 2000年第2卷第3期页码 42-47

摘要：

毫米波成像是近年来毫米波领域的一个研究热点，而焦面阵成像因其具有实时成像的优点更加受到重视。文中分析可用于焦面阵成像的扩展半球介质透镜。这种焦面阵成像结构将集成天线阵贴附在透镜背面接收透镜聚焦的功率，消除了集成天线工作在毫米波频段时存在的表面波对天线性能的影响，具有尺寸紧凑、损耗小的特点。采用Stmtton-Chu公式和射线追迹分析了电磁波人射到扩展半球透镜上时在其背面的场分布，即透镜的焦区场分布，以获得透镜用于焦面阵成像时的性能。为验证分析方法的正确性，对平面波垂直人射和会聚高斯束入射两种情形进行了实验验证，实验结果与理论分析吻合较好。该透镜天线还可用来消除常规集成毫米波系统中抛物面天线与集成前端之间的过渡，以降低损耗，改善系统性能，也可用于与准光系统的连接或耦合。该文结果将对上述应用提供理论指导。

关键词：毫米波天线成像扩展半球介质透镜

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基于玻璃集成无源器件工艺的60-GHz小型化宽带超表面天线 Research Articles

Hai-yang XIA, Jin-can HU, Tao ZHANG, Lian-ming LI, Fu-chun ZHENG

《信息与电子工程前沿（英文）》 2020年第21卷第1期页码 174-181 doi: 10.1631/FITEE.1900453

摘要：提出一种面向封装天线应用的60-GHz小型化宽带超表面天线。基于玻璃集成无源器件制造技术，采用共面波导馈电环形谐振器表征玻璃基板的材料特性。该天线于高介电常数玻璃基板上设计以实现天线小型化。在TM10模式下，贴片单元之间的间隙使该天线贴片辐射孔径得以减小。该天线在结构上采用共面波导馈电，进而激励蝶形缝隙，最终耦合激励位于天线上表面的超表面贴片。该天线可同时支持TM10模和反相TM20模，从而提升带宽性能。经过设计、优化及加工，该天线的辐射贴片尺寸为0.31λ0×0.31λ0，厚度为0.06λ0。采用基于探针结构的天线测量装置完成该天线测试，测试结果显示天线带宽为53.3～67 GHz。在60 GHz频点处，该天线增益测量值约为5 dBi。

关键词： 60 GHz；封装天线；共面波导馈电环形谐振器；玻璃集成无源器件；超表面天线；小型化天线

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一种具有极化/方向图分集的新型宽带环形天线 Correspondence

孙莉1,周世钢1,张关喜2,孙保华3

《信息与电子工程前沿（英文）》 2022年第23卷第6期页码 975-983 doi: 10.1631/FITEE.2100421

摘要：

提出一种应用于极化/方向图分集的新型宽带环形天线。该天线由8个环形排列的印刷偶极子天线组成，相邻偶极子臂交叠排列以实现容性加载。与传统环形阵列天线不同，本文首次提出相邻两个单元抽取式激励的馈电方式，并证明此方法可保持天线的宽带特性。在该环形天线的口径下，具有4个独立馈电端口，因此可通过适当的馈电网络实现极化/方向图分集特性。以该环形天线为例，设计了一个宽带双极化环形天线。为在Z方向上实现两个具有最大辐射的正交线极化，周期性地提取两个相邻单元，并通过一个端口馈电。由于所提天线是空心的，它可以作为多频带共用孔径天线单元应用。仿真和测试结果表明该天线的两个正交极化同时具有电压驻波比小于2的50.5%（1.04–1.82 GHz）工作带宽，端口间隔离度小于23 dB。

关键词：环形天线；宽带天线；极化分集；方向图分集

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用于5.8 GHz WBAN应用的方向图可重构天线阵列

杨凌升,王斌,李雅洁

《信息与电子工程前沿（英文）》 2023年第24卷第9期页码 1357-1365 doi: 10.1631/FITEE.2200542

摘要：本文提出一种适用于5.8 GHz WBAN应用的方向图可重构天线阵列。天线阵列由辐射组件和控制网络组件组成。辐射组件包括4个平面F型天线，它们位于上层的4个角上，彼此逆时针旋转90°。控制网络组件位于底层，包括一个4端口可控网络。我们测量了阵列安装在人体或前臂假体上时的阻抗带宽、辐射模式和增益，实验结果与仿真结果一致。同时仿真了两种辐射模式下的电磁波吸收比值（SAR）和波束切换能力，以确保该阵列的实用性。

关键词：无线体域网方向图可重构 PIN二极管控制网络比吸收率

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使用猫群算法优化线性天线阵列的最佳阵因子辐射方向图：电磁仿真验证 Article

Gopi RAM, Durbadal MANDAL, Sakti Prasad GHOSHAL, Rajib KAR

《信息与电子工程前沿（英文）》 2017年第18卷第4期页码 570-577 doi: 10.1631/FITEE.1500371

摘要：本研究进行了微带贴片天线线性阵列的优化设计。通过猫群算法（Cat swarm optimization, CSO）优化天线阵列辐射方向图的各控制参数。通过优化每个单元的激励电流权重和阵元间隙获得各向同性天线单元阵列的最佳辐射方向图。以12、16和20单元的天线阵列为例，运用MATLAB进行阵列优化设计，采用CST-MWS对设计结果进行仿真验证。由仿真结果可见，CSO能给出微带贴片天线线性阵列的最优设计。

关键词：贴片天线；线性天线阵列；猫群优化（CSO）；旁瓣水平（SLL）