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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：基于部分反射表面的法布里—佩罗天线凭借其结构简单、剖面低、成本低、增益高的特点，在高频段的应用中拥有更高的灵活度和潜力。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所提出的天线结构由宽带双极化馈电源、准抛物面反射面和集成菲涅尔环的部分反射表面组成。宽带馈电源是一个3层介质层结构，具有垂直极化和水平极化的2个馈电端口，其辐射器是一个电磁偶极子。设计了准抛物面的反射地板以形成法布里—佩罗腔体，从而激励多模高斯模式，实现整个腔体的宽带化。最后，采用菲涅尔环集成的部分反射表面，完成对电磁波的相位调控，实现天线的高增益特性。此外，两种极化的隔离度高达40 dB，有效避免了两个端口能量的串扰。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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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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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。两个波段的阵列天线可以共享物理口径进行辐射，且在两个频段都具有很好的隔离度。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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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%。增益和效率分别达到27.6 dBi和80%。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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基于高介电常数超表面透镜调制的性能增强对跖Vivaldi天线 Research Article

潘少鹏1,林铭团2,亓琳1,陈攀1,冯杨1,李高升1

《信息与电子工程前沿（英文）》 2021年第22卷第12期页码 1551-1684 doi: 10.1631/FITEE.2100139

摘要：设计了工作频段为2～20 GHz的超表面单元以增强对跖Vivaldi天线的增益和辐射性能。设计的超表面单元结构简单、超宽带性能稳定、介电常数高，可独立调制两个极化电磁波。分析了单元上的电流分布，并提取等效电磁参数，以验证超表面单元对x极化电磁波和y极化电磁波进行独立调制的能力。设计的超表面单元被集成到对跖Vivaldi天线的口径中形成超表面透镜，用于引导电磁波传播。提出两种超表面透镜，将它们分别集成到对跖Vivaldi天线中衍生出天线Ant1和Ant2，并从电场幅度和相位角度分析透镜对电磁波的调制作用，进而得到最终设计方案。根据优化设计结果，加工并测试对跖Vivaldi天线和提出的天线Ant2，测试与仿真结果吻合良好。Ant2测得的阻抗带宽基本覆盖2～18 GHz频段，与传统对跖Vivaldi天线相比，提出的天线Ant2增益提高0.6～3.7 dB，副瓣电平大大降低，方向性也得到明显改善。

关键词：对跖Vivaldi天线；超宽带；高介电常数；双极化；超表面透镜

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用于卫星跟踪的加载顺序馈电网络的宽带高增益北斗天线 Research Article

邓卓林1,田中玉1,段晨贺1,肖培1,刘柱2,李高升1

《信息与电子工程前沿（英文）》 2023年第24卷第10期页码 1471-1481 doi: 10.1631/FITEE.2200244

摘要：北斗三号卫星导航系统于2020年正式启用，为全球人民带来高性能服务的同时，导航系统也对北斗天线的设计提出更高要求。本文提出一种宽带圆极化高性能北斗天线。该天线通过四端口顺序馈电网络实现宽带圆极化辐射，馈电网络从1.05 GHz到1.80 GHz的相位不平衡度小于7°。制造的天线在整个全球导航卫星系统（GNSS）频带上的回波损耗大于13 dB，轴比< 3 dB，右旋圆极化增益（RHCP）在GNSS低频段大于4 dB，在高频段可达7.1 dB以上。本文天线尺寸为120 mm×120 mm×20 mm，即0.54λo×0.54λo×0.09λo，其中λo是中心频率波长。设计的天线连接到GNSS接收机上搜索到12颗北斗卫星，GNSS信号的信噪比( )大于30 dB。这种高性能天线将为人们提供高质量的定位服务。

关键词：北斗天线；宽带圆极化辐射；四端口顺序馈电网络；全球导航卫星系统（GNSS）接收机；卫星跟踪

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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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卫星通信大型双极化中国版图赋形微带反射阵天线的优化设计 Research Articles

Gang ZHAO, Yong-chang JIAO, Guan-tao CHEN

《信息与电子工程前沿（英文）》 2020年第21卷第1期页码 159-173 doi: 10.1631/FITEE.1900496

摘要：设计了一款具有中国版图赋形的大型双频双极化微带反射阵天线。为充分补偿两个频段范围内的空间相位延迟差，采用一种适用于大型双极化反射阵的3层矩形贴片单元。由于赋形区域形状复杂、赋形增益要求很高，该反射阵天线单元数量超过25 000个，优化变量数超过150 000个，导致其设计非常困难。为避免优化过程陷入局部极值点，采用一种产生合适初始解的新方法。为验证设计方法的有效性，制作了一个7569单元的双极化反射阵天线并进行实验测试。测试与仿真结果吻合良好。为使宽带工作的大型反射阵天线带宽范围的空间相位延迟极小化，提出一种确定馈源最佳位置的方法。为在两个相互正交方向上同时找到单元的最优尺寸，建立一种新的优化模型，通过正多面体优化方法进行优化计算。最后，设计了一款覆盖中国陆地版图的单元数为25 305的双频双极化微带反射阵天线。

关键词：反射阵；双极化；赋形波束；限相位综合

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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）。带通滤波响应中的两个辐射零点，是衬底集成波导（SIW）腔体支持的开口与嵌入式驱动贴片的综合效果。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。实验结果与仿真结果吻合良好，测量的−10-dB 阻抗带宽和 3-dB 轴比带宽分别为10.83% 和 15.54%。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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基于太赫兹信道测量的频角二维反射系数建模 Correspondence

常钊玮1,张建华1,唐盼1,田磊1,于力1,刘光毅2,夏亮2

《信息与电子工程前沿（英文）》 2023年第24卷第4期页码 626-632 doi: 10.1631/FITEE.2200290

摘要：太赫兹信道传播特性对太赫兹通信系统的设计、评估和优化至关重要。此外，反射在信道传播中起着重要作用。本文基于大量的信道测量工作，对太赫兹通道的反射系数进行研究。首先，建立从220 GHz到320 GHz的太赫兹信道测深平台，入射角范围从10°到80°。根据实测的传播损耗，分别计算玻璃、瓷砖、木板、石膏板和铝合金五种建筑材料的频率和入射角的反射系数。研究发现，由于缺乏与太赫兹相关的参数，导致非金属材料的菲涅耳模型无法成功地拟合实测数据。因此，通过改进菲涅耳模型与洛伦兹和德鲁德模型，提出一个频角二维反射系数模型。该模型表征了反射系数的频率和入射角，与实测数据的均方根误差较小。总的来说，这些结果对于太赫兹通道的建模做出贡献。

关键词：太赫兹通信；反射系数建模；入射角；建筑材料；菲涅耳模型

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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。考虑阻抗和相位匹配，差分馈电网络和集成巴伦被设计为实现定向辐射模式。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。测试的实际增益范围是6.1–8.1 dBi，并且在整个频带内具有稳定的定向辐射波束。

关键词：环形天线；宽带天线；极化分集；方向图分集

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基于变压器CMOS超宽带毫米波电路分析与设计综述 Review Articles

Yi-ming YU, Kai KANG

《信息与电子工程前沿（英文）》 2020年第21卷第1期页码 97-115 doi: 10.1631/FITEE.1900491

摘要：近年来，由于大量毫米波无线应用的产生，具有更强通用性的宽带毫米波电路和系统引起广泛关注。总结了4种基于片上变压器结构超宽带毫米波电路的理论分析、设计方法和综合性能。其一为毫米波低噪声放大器，采用基于变压器的跨导增强和极点调谐技术；通过采用这两种技术，该电路同时实现了较大工作带宽、低噪声系数和良好功率增益。其二为毫米波注入锁定三倍频器，采用注入电流增强技术，有效拓展了倍频器的锁定带宽。进一步，采用类似注入锁定技术结合变压器高阶谐振腔方案，实现了一款超宽带毫米波注入锁定分频器。最后，介绍了一款E波段上混频器，其采用两路跨导并联结构和基于变压器的多极点负载，实现了优异线性度和较大工作带宽。

关键词：硅基集成电路；毫米波；超宽带；变压器；低噪声放大器；倍频器；分频器；混频器

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基于均匀柱面透镜的紧凑型毫米波空气填充基片集成波导交叉电桥

耿淳,连继伟,丁大志

《信息与电子工程前沿（英文）》 2023年第24卷第9期页码 1366-1374 doi: 10.1631/FITEE.2200454

摘要：提出一种利用嵌入式均匀柱面透镜设计交叉电桥的新方法。与传统交叉电桥设计相比，该方法在空气填充的基片集成波导交叉腔内引入一个均匀柱面透镜，将入射波导向指定方向。根据射线追踪法，引入的均匀柱面透镜可以在不提高加工复杂度和面积的前提下，有效束缚从输入端传输到输出端的电磁波。详细阐述了该方法的工作机理，并通过电场分布进一步予以验证。利用空气填充基片集成波导技术，研制了工作在毫米波频段的二、三、四通道交叉电桥，验证了所提方法的可行性。同时引入过渡结构，便于实验测量。研究发现二、三、四通道空气填充基片集成波导交叉电桥仿真带宽分别为33%、14%和10%，其核心尺寸分别为0.74,λ,×0.74,λ,、1.43,λ,×1.43,λ,和1.90,λ,×1.90,λ,。最后，为进一步阐述本文方法的优势，将其与公开文献中的类似方法进行了比较。

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改进的阈值法在毫米波目标辐射信号去噪中的应用

范庆辉,李兴国

《中国工程科学》 2008年第10卷第7期页码 153-157

摘要：

根据毫米波目标辐射信号小波变换的特征，使用非负小波系数作信号的小波系数，对于确定的阈值，令小于阈值的小波系数为零，大于阈值的小波系数减去常数a ，利用信号的方差函数推导了a 的取值方法，实验表明该方法有良好的去除毫米波目标辐射信号噪声的能力

关键词：毫米波目标辐射信号硬阈值法软阈值法均方差贝叶斯阈值

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一种用于用户端设备且工作在2G/3G/4G/IMT/5G频段的小型化超宽带交叉振子天线 Correspondences

郭景丽1,崔伦1,刘英1,孙保华1,李肖锋2

《信息与电子工程前沿（英文）》 2022年第23卷第2期页码 339-345 doi: 10.1631/FITEE.2000456

摘要：设计了一种用于用户端设备（CPE）且工作在2G/3G/4G/IMT/5G频段的小型化超宽带交叉振子天线。单个交叉振子的双臂由阶梯型枝节组成，天线的带宽不但能够通过选择阶梯型枝节的阶数来控制，还可以通过延伸枝节末端来展宽。偶极子通过连接在同轴线上的微带枝节来馈电。此外，通过在交叉振子下方增加开缝的寄生贴片，天线整体的带宽能够扩展到5G sub-6 GHz频段。此外，对天线结构进行了加工和测试。结果表明天线的10 dB相对带宽为147.3 %（0.77–5.07 GHz），双端口之间的隔离度优于20 dB。

关键词： 5G；交叉振子；双极化天线；终端天线；超宽带