双频圆极化层叠微带天线的研究

摘要

天线作为无线通信系统中的关键组成部分，在现代通信技术的发展中扮演着重要的角色。单纯的线极化天线由于其局限性在某些特殊情况下已经不能满足现代通信系统的需求，所以圆极化天线受到了学者们广泛的关注。
　　圆极化天线可以接收任何线极化来波，而且采用圆极化波可以减少反射信号的影响，在移动通信系统中应用圆极化天线可以抑制雨雾干扰和抗多径反射。由于圆极化天线的这些特点，使得它在通信、雷达、电子对抗、电子侦察以及广播电视等方面有着广泛的应用。
　　本论文主要做了如下三个部分的工作:
　　第一部分由第一章和第二章构成，介绍了圆极化天线的研究现状，在此基础上引出了微带天线以及圆极化天线的理论，对微带天线的工作原理，分析方法以及双频微带天线的实现方法进行了研究，最后介绍了圆极化天线的一些特性参数，以及实现圆极化的常用方法，为后文的仿真设计做了理论铺垫。
　　第二部分为第三章，在之前的理论基础上对三种简单的单点馈电的圆极化微带天线进行研究，分别给出了这三种天线的设计步骤以及仿真分析过程。其中矩形切角形式的圆极化微带天线具有相对较好的圆极化性能，天线小于-10dB的带宽为4.3％，轴比小于3dB带宽为1.6％，天线增益可以达到6.75dB。
　　第三部分设计了两种层叠结构的双频圆极化微带天线，两种天线的馈电方式都相同，都是通过同轴馈电对上层天线进行馈电，下层贴片通过上层贴片的耦合进行馈电，两种天线的不同之处在于他们的结构。第一种天线上层是圆形贴片，下层是矩形贴片，并对上下层贴片开槽实现天线的小型化。天线的低频阻抗带宽达到2.4％，圆极化带宽为0.7％，增益为1.76dB;天线高频阻抗带宽为3.6％，圆极化带宽为0.8％，增益为3.8dB。这种天线结构较为复杂，调试起来很麻烦，而且使用的介质基板的介电常数误差较大，这些都对天线的圆极化性能有很大影响。第二种天线是上下两层都使用了矩形贴片切角的方式实现圆极化，与其他层叠天线不同的是，同轴馈电对上层贴片进行馈电，并将上层贴片向右移动以改善两层贴片的耦合场，这样做的目的是为了使下层贴片更容易达到匹配，这种天线结构简单，调试方便。经仿真优化，天线的低频阻抗带宽为2.42％，圆极化带宽为0.6％，增益为5.6dB;高频阻抗带宽为2.24％，圆极化带宽为0.6％，增益为6.5dB。最后完成了两种天线实物的加工测试工作，对天线的阻抗特性和辐射特性等等进行了测试，结果表明，各项性能参数与设计结果基本相同。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．3 本论文的主要工作及内容安排

第二章 微带天线理论知识

2．1 微带天线工作原理

2．1．1 微带天线的结构和特点

2．1．2 微带天线的辐射机理

2．2 微带天线分析方法

2．2．1 传输线模型理论

2．2．2 腔模理论

2．2．3 全波分析方法

2．3 微带天线的数值分析方法

2．3．1 矩量法

2．3．2 有限元法

2．3．3 时域有限差分法(FDTD)

2．4 微带天线实现双频的方法

2．4．1 多模双频微带天线

2．4．2 多层双频微带天线

2．4．3 电抗加载双频微带天线

2．5 圆极化微带天线

2．5．1 圆极化的定义

2．5．2 圆极化的性质

2．5．3 微带天线的圆极化实现方法

2．6 本章小结

第三章 单馈点圆极化微带天线的设计

3．1 矩形微带贴片对角线上选取合适馈电点实现圆极化

3．2 矩形微带贴片切角实现圆极化

3．3 圆形贴片选择合适的馈电点实现圆极化

第四章 层叠结构的双频双圆极化微带天线

4．1 圆形贴片和矩形贴片层叠结构实现双频双圆极化

4．1．1 天线结构设计

4．1．2 仿真优化分析

4．1．3 仿真和测试结果

4．2 层叠结构的矩形双频双圆极化微带天线

4．2．1 天线结构设计

4．2．2 天线的参数分析

4．2．3 仿真与实验结果

4．2．4 天线实物和测试图

4．3 本章小结

第五章 总结与展望

参考文献

致谢

攻读硕士期间的研究成果