高性能宽带宽波束平面端射圆极化天线的研究

摘要

端射圆极化天线由于其优良的特性，在全球卫星定位系统(GPS)、射频识别系统(RFID)等多通信领域有着广泛的应用。在实际的通信系统中，为了可以从各个方位接收到无线信号的来波，实现半球状的3dB轴比波束显得极其重要。如何设计一个既有半球状的3dB轴比波束，又有较高的前后比特性，同时具有端射特性、并且端射波束指向平行于天线所在平面的低剖面圆极化天线，是一个极具挑战性的难题。本文以实现上述特性波束天线为目标，采用一种半圆磁偶极子和“V形环”的组合天线的方案，然后将天线制成实物，并通过实验测量天线的相关特性，得出的实验结果与预期的基本一致。主要工作包括： 1.本文以设计具有高性能宽带宽波束平面端射圆极化特性的天线为目标，探索圆极化天线的基本设计思路，基于理论分析得出初始的天线结构即平面半圆磁偶极子和“V形环”的组合结构，建立该组合天线的等效源模型，分析其工作的基本原理并根据理论分析的结果进一步推导天线的设计准则。 2.利用上述分析方法得到天线的基本参数尺寸，使用数值仿真软件，优化设计出性能最优的天线模型，然后制作天线样品。 3.对制作的天线样品使用Agilent’s8720ET矢量网络分析仪和Satimo Starlab近场天线测试系统测量天线的实际辐射性能，仿真和实际测量结果吻合得较好，充分地证明了该组合天线设计思路的正确性。工作频率为2.4GHz天线样品测量结果在2.25-2.50GHz频带内反射系数小于-10dB，频率为2.35GHz时，在俯仰面面和方位面的3dB轴比波束分别为180°和115°。此外，测得的前后比达到13.7dB。与仿真结果较为吻合，符合RFID系统和其他通信系统的使用要求。

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