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一种小型化宽带圆极化微带天线的设计

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doi :10.3969/j.issn.1002-0802.2013.11.024一种小型化宽带圆极化微带天线的设计秦文奕(中国电子科技集团公司第十研究所,四川成都610036)摘　要:设计并加工了一种采用同轴背馈方式馈电的小型化宽带圆极化微带天线㊂针对单点馈电微带天线轴比带宽窄的问题,通过增加馈电网络对天线辐射贴片进行双点馈电以展宽轴比带宽,得到了良好的效果㊂馈电网络根据带状线理论设计,利用U 形接地板巧妙地实现了宽带天线的结构小型化㊂通过对辐射贴片的双点馈电获得了令人满意的电压驻波比带宽和良好的圆极化性能㊂通过仿真和实际测试表明,该天线VSWR≤2的带宽达到了30%,3dB 圆极化带宽约为26%,同时频带内天线的增益达到4dB ㊂关键词:微带天线　宽带　小型化　圆极化中图分类号:TN82 文献标志码:A 文章编号:1002-0802(2013)11-0112-03Design of Miniaturized Circularly -Polarized Microstrip AntennaQIN Wen-yi(Southwest China Institute of Electronic Technology,Chengdu Sichuan 610036,China)Abstract :A compact broadband circularly -polarized microstrip antenna excited by a probe feed is pro⁃posed and implemented.The feed network is used to realize dual-fed and attain broad width of circular po⁃larization.The feed network is designed with the theory of stripline and the miniaturized structure is a⁃chieved by a U-shaped ground plate.The antenna is of good circular polarization axial ratio,and 26%of 3dB axial ratio bandwidth,30%of VSWR≤2impedance bandwidth are obtained.Simulation confirms the measurement results of resonant frequency,return loss,axial ratio,bandwidth and radiation pattern.The measured gain of antenna is about 4dB in work bandwidth.Key words :microstrip antenna;broadband;miniaturized;circularly-polarized0　引　言从结构上说,微带天线实际上就是一块印刷电路板,全部功率分配器㊁匹配网络㊁辐射器都可以刻在介质板的一侧,另一侧为金属地板㊂微带天线由于其结构简单,剖面低而被广泛应用,但带宽较窄,是其技术发展的一个瓶颈㊂目前军用和民用多点通信系统对天线工作频率范围要求较大,太窄的带宽导致很多微带天线由于不能满足宽频带工作要求而被弃用[1]㊂微带天线的圆极化工作可以通过使用两个独立的馈源或是使用一分二功分器的单个馈源来激励实现,前者的带宽较窄,3dB 轴比带宽为1%[2-3]㊂采用功分器虽然能显著改善天线的工作带宽,但是同时也增大了天线体积㊂文中采用同轴线背馈方式,利用U 形地板,根据带状线的理论设计一分二威尔金森功分器[4-5],实现了圆极化微带天线的宽带工作和结构小型化㊂1　天线设计为了展宽天线的阻抗带宽和轴比带宽,天线一般采用双馈点圆极化微带结构[6-7],馈电网络采用一分二的威尔金森功分器㊂天线结构如图1所示,其中图1(a)㊁图1(b)分别为顶视图和侧视图㊂天线的辐射单元是边长为36mm 的方形贴片,在贴片的A ㊁B 两点等幅㊁相差90度馈电来实现圆极化辐射;接地板采用直径约为80mm㊁高度为12mm 的U 形结构,同轴电缆的探针从U 形地板底部对功分器进行馈电,功分器将馈源输入的信号分成两路等幅不同相的信号,通过穿过馈电网络介质层的两根金㊃211㊃第46卷第11期2013年11月通信技术Communications TechnologyVol.46　No.11Nov.2013属导体对上层贴片进行馈电,馈电点的XY面坐标为(x0,y0)㊂采用这种馈电结构大大地减小了附加功分器后天线的整体体积,同时可以获得良好的宽带特性和圆极化特性㊂(a)顶视图(b)侧视图图1　天线结构示意Fig.1Structure of the antenna在设计功分器时运用带状线理论[8],馈电网络采用非对称带状线结构㊂如图1所示,功分器的馈线可以看作带状线中间的导体带,上下接地板之间的上半空间填充高介电常数材料,下半空间为空气介质,选择导体带宽度及长度以保证功分器输入㊁输出端50Ω的阻抗和两个输出端具有90度的相位差㊂在设计了天线及馈电网络的各项基本参数后,借助成熟的商业仿真软件Ansoft HFSS12对天线和馈电网络进行了仿真分析,仿真模型如图2所示㊂图2　天线仿真模型Fig.2Simulation model of the antenna从图2中可以看出,仿真模型主要包括三层,下层为馈电网络的空气层,中间层为馈电网络介质层,上层为采用高介电常数的贴片天线㊂在馈电网络的输入端设置了三根短路金属柱体以减少馈电端能量的损失,从而获得更好的驻波比带宽㊂2摇仿真及实测结果分析为了尽可能的减小天线体积,文中天线及馈电网络均选用了εr=9.6的高介电常数介质基板,天线具体设计参数如表1所示㊂根据理论仿真结果,制作出了单点背馈的宽带圆极化天线,天线实物如图3所示㊂从图3中可以看出该天线结构简单,外形简洁美观㊂表1　天线设计参数Table1Design parameters of the antenna参数数值参数数值F/GHz 1.268H/mm12εr9.6h0/mm3L/mm36h1/mm2D/mm80h2/mm4x0/mm4y0/mm4图3　天线实物照片Fig.3Photograph of the antenna对根据表1所列参数设计加工的天线各项指标进行了实际测试,图4为天线驻波曲线,图5为天线圆极化轴比曲线,从图中可以看出实测结果与仿真值吻合较好,天线在1.05~1.45GHz带宽范围内驻波比小于2,在1.05~1.40GHz频率范围内轴比小于3dB㊂天线中心频率方向图如图6所示,从图6中可以看出天线方向图具有良好的对称性㊂图4　天线驻波曲线Fig.4VSWR of the antenna㊃311㊃第46卷秦文奕:一种小型化宽带圆极化微带天线的设计第11期图5　天线轴比曲线Fig.5Axial ratio of theantenna图6　天线中心频率轴比增益方向Fig.6Gain pattern of the center frequency3　结　语文中设计了一种宽频圆极化微带天线,天线采用同轴馈电,利用U 形接地板,根据带状线理论设计馈电网络,实现了结构的小型化㊂天线VSWR≤2的带宽达到了30%,3dB 轴比达26%,最大增益约为4dB,且方向图对称㊂实测值与仿真值具有较好的一致性㊂该天线具有成本低,可靠性高,调试量小,适合批量生产等优点,可广泛应用于通信㊁导航等系统㊂参考文献:[1]　吴钰,屈绍波,戴惠莹,等.一种复合左右手结构的宽频微带天线[J].通信技术,2008,41(10):35-37.WU Yu,QU Shao-bo,DAI Hui-ying,etc.Analysis and Design of A New Broad band Microstrip Antenna based onComposite Right /Left-handed Transmission Line Structure [J].Communications Technology.2008,41(10):35-37.[2]　CHEN T B,JIAO Y C,ZHANG F S.The Design of Broad⁃Band Circularly Polarized Microstrip Antenna[C]//Micro⁃wave Conference Proceedings,-Pacific Confer⁃ence Proceedings.[s.l.]:IEEE,2005:1-4.[3]　LAU K L,LUK K M.A Novel Wide -Band CircularlyPolarized Patch Antenna Based on L-Probe and Aperture-Coupling Techniques [J].IEEE Trans.on AP,2005,48(01):577-580.[4]　杨军,邵建兴,李校林.一种S 频段的多频微带天线的分析与设计[J].通信技术,2009,42(06):46-48.YANG Jun,SHAO Jian-xing,LI Xiao-lin.Analysis and De⁃sign of a S-Band Multi-frequency Microstrip Antenna[J].Communications Technology.2009,42(06):46-48.[5]　刘莹,李萍.新型宽带容性馈电微带天线单元仿真设计[J].通信技术,2008,41(11):47-49.LIU Ying,LI Ping.A Novel Broadband Microstrip Anten⁃na with Capacitive Feed[J].Communications Technolo⁃gy.2009,42(06):46-48.[6]　WONG pact and Broadband Microstrip An⁃tennas[M].[s.l.]:John Wiley &Sons,Inc.2002:298-305.[7]　陈腾博,焦永昌,张福顺.一种宽频带圆极化微带天线的设计[J].空间电子技术,2006(03):61-64.CHEN Teng-bo,JIAO Yong-chang,ZHANG Fu-shun.TheDesign of BroadBand Circularly Polarized Microstrip Antenna[J].Space Electronic Technology,2006(03):61-64.[8]　闫润卿,李英惠.微波技术基础[M].第2版.北京:北京理工大学出版社,1997:135-141.YAN Run-qing,LI Ying-hui.Microwave Techology Fun⁃damentals.2nd ed.Beijing:Beijing Institute of Technolo⁃gy Press,1997:135-141.作者简介:秦文奕(1981 ),女,硕士,工程师,主要研究方向为微带天线㊁阵列天线㊂QIN Wen-yi(1981-),female,Master,en⁃gineer,mainly engaged in the research of micros⁃trip antennas and array antennas.㊃411㊃ 通信技术 2013年。

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宽带圆极化微带天线分析与设计

宽带圆极化微带天线分析与设计

宽带圆极化微带天线分析与设计一、本文概述本文旨在深入探讨宽带圆极化微带天线的分析与设计。

随着无线通信技术的飞速发展，天线作为无线通信系统的关键组成部分，其性能直接影响到整个系统的传输质量和效率。

宽带圆极化微带天线作为一种重要的天线类型，具有宽频带、圆极化、低剖面、易集成等优点，因此在卫星通信、移动通信、雷达系统等领域具有广泛的应用前景。

本文将首先介绍宽带圆极化微带天线的基本原理和特性，包括其辐射机制、极化特性、带宽特性等。

随后，将详细分析宽带圆极化微带天线的设计方法，包括天线尺寸的选择、馈电方式的设计、介质基板的选取等。

在此基础上，将探讨影响天线性能的关键因素，如阻抗匹配、交叉极化、增益等，并提出相应的优化策略。

本文还将通过具体的案例分析，展示宽带圆极化微带天线在实际应用中的性能表现。

通过对比分析不同设计方案下的天线性能，为工程师和研究者在实际应用中提供有益的参考。

本文将总结宽带圆极化微带天线的设计与优化策略，并展望其未来的发展趋势和应用前景。

通过本文的研究，旨在为宽带圆极化微带天线的分析与设计提供理论支持和实践指导。

二、圆极化微带天线的基本原理圆极化微带天线是一种能够在空间中产生圆形极化波的天线，它具有独特的电磁辐射特性，广泛应用于无线通信、雷达探测和卫星通信等领域。

了解圆极化微带天线的基本原理对于其分析与设计至关重要。

圆极化波是一种电磁波，其电场矢量在空间中随时间旋转，形成一个圆形的轨迹。

圆极化微带天线通过特定的设计和构造，能够在其辐射区域内产生这样的圆形极化波。

这种波形的特性在于，无论接收天线的极化方式如何，圆极化波都能在一定程度上被接收，因此具有更好的抗干扰能力和更广泛的适用性。

圆极化微带天线的基本原理主要基于电磁场理论和天线辐射原理。

它通过在微带天线的辐射贴片上引入特定的相位差，使得天线的两个正交分量产生90度的相位差，从而形成圆极化波。

这种相位差可以通过在辐射贴片上刻蚀特定的槽口或引入附加的相位延迟线来实现。

一种小型化薄型微带圆极化天线的设计

一种小型化薄型微带圆极化天线的设计

一种小型化薄型微带圆极化天线的设计任晞【摘要】文中设计了一种小型化薄型微带圆极化天线.应用HFSS仿真软件和理论计算公式分别对微带天线谐振频率与基片介电磁常数的关系进行了仿真分析和理论计算分析.结果表明,通过选取高介电磁常数,尤其是介磁常数μr＞1的介质基片可大幅度缩小微带圃极化天线的尺寸.通过HFSS仿真软件对微带天线馈电点位置以及微带贴片形式的优化设计,得到了一种驻波和轴比性能均较优的小型化薄型微带圃极化天线,其面积尺寸仅为常规微带圆极化天线的21％,而基片厚度仅为常规高介电常数微带圃极化天线的67％.【期刊名称】《电子设计工程》【年(卷),期】2016(024)017【总页数】4页(P104-106,110)【关键词】微带;圆极化;薄型;小型化;磁介电常数【作者】任晞【作者单位】中国电子科技集团第十研究所四川成都 610036【正文语种】中文【中图分类】TN99微带天线［1］与普通微波天线相比，具有剖面低、重量轻、体积小、易于共形以及便于获得圆极化等优点，正日益受到人们的广泛关注。

但当微带天线低频段工作时，其面积较大，使其不能适应通信系统向小型化、集成化方向发展的要求，从而限制了微带天线在便携式移动通信系统中的应用。

因此，如何实现微带天线的小型化，已成为一个迫切的研究课题［2-3］。

同时，为适应日益发展的广泛应用与需求，圆极化微带天线的设计技术同样备受关注。

迄今为止，微带天线小型化技术主要有：采用高介电常数基板、短路加载技术、开槽开缝技术、曲流技术等。

通过在贴片上开C型缝隙，可使微带天线谐振频率明显降低，天线尺寸仅为传统天线的33%；采用铜箔将微带天线的部分端口封闭，从而改变了空腔内的电场分布，并可使天线尺寸大幅缩小；此外，在贴片表面加载十字分形缝隙的结构，可有效降低天线的谐振频率，达到减小天线尺寸的目的。

在圆极化技术方面，微带天线不仅发展了多种多样的圆极化技术，且产生了众多有效的宽带技术、多频段工作方式、方向图控制和介质覆盖等技术。

一种微带线馈电的宽带圆极化微带天线的设计

一种微带线馈电的宽带圆极化微带天线的设计

一种微带线馈电的宽带圆极化微带天线的设计引言在通信领域中，天线是不可或缺的一个设备，而微带天线因其结构简单、成本低廉、易于集成等优点，已经成为了现代通信领域中应用广泛的一种天线。

在微波领域中，圆极化天线通常被用来避免天线之间的互干扰和提高通信质量。

然而，许多微带圆极化天线的带宽是有限的，这使得这些圆极化天线的通信传输性能大大受到限制。

因此，本文提出了一种微带线馈电的宽带圆极化微带天线的设计方案，旨在解决微带圆极化天线带宽狭窄的问题。

设计原理本设计方案采用了一种微带线馈电的宽带圆极化微带天线。

其中，天线由一个正方形微带辐射片和一个环形贴片构成。

其工作原理基于微带线馈电的正方形微带辐射片，是以TM模式的耦合方式进行馈电的。

正方形微带辐射片的一边通过一条微带线馈电导线与馈电点相连，另一边则用接地板连接。

环形贴片作为一个反射器，通过正方形微带辐射片的边缘和接地板之间的短接实现电路的反射。

设计步骤1.计算天线的工作频率和所需圆极化方式。

根据这些参数确定天线的尺寸和形状。

2.设计并确定微带线馈电导线和连接设备的点。

3.添加环形贴片，并在模拟软件中进行必要的优化，以提高天线的性能。

4.按照所需的角度选择天线的旋转方向，并调整微带线馈电导线与天线的尺寸，以实现所需的圆极化方向。

仿真结果为了验证设计的性能，我们使用了一款天线仿真软件进行模拟实验。

仿真过程中，我们使用S参数和体表波图形来评估天线的性能。

以下是一些关键指标的仿真结果：•工作频率：4.4GHz•带宽：360~630MHz，VSWR小于2•圆极化方向：左旋•Gain：6.5dB•Axial Ratio: 1.1dB结论本文提出的一种微带线馈电的宽带圆极化微带天线设计方案，能够在4.4GHz 的频率范围内实现左旋或右旋的圆极化方式。

其带宽可达到360~630MHz，在这个带宽范围内可以实现VSWR小于2的传输性能。

此外，天线具有高增益和低轴比等优点。

因此，这种设计方案具有较好的前景和实际应用价值。

一种微带线馈电的宽带圆极化微带天线的设计

一种微带线馈电的宽带圆极化微带天线的设计

一种微带线馈电的宽带圆极化微带天线的设计尚玉玺;刘运林;何之煜【摘要】The broadband circularly polarized microstrip antenna with microstrip feeding is presented,which consists of mi⁃crostripfeeder,radiation patch and FR4 dielectric⁃slab. The requirements of microstrip antenna circularly polarized are realized by adding two annular slots which are located at the two opposite angles of rectangular slot on radiation patch. The axial⁃ratio bandwidth of the antenna is improved effectively by adjusting the size of microstrip feeder. The axial⁃ratio bandwidth can reach 43.8%(2.5~3.9 GHz).%提出一种微带线馈电的宽带圆极化微带天线，它由微带馈线、辐射贴片和FR4介质板组成，在辐射贴片的矩形槽对角添加两个环形结构，实现了微带天线圆极化的要求，通过调整微带馈线的尺寸，有效改善了天线的轴比带宽。

该天线单元的轴比带宽达到了43.8%（2.5~3.9 GHz）。

【期刊名称】《现代电子技术》【年(卷),期】2015(000)013【总页数】4页(P67-70)【关键词】宽带;圆极化;微带线馈电;微带天线【作者】尚玉玺;刘运林;何之煜【作者单位】西南交通大学电磁场与微波研究所，四川成都 610031;西南交通大学电磁场与微波研究所，四川成都 610031;西南交通大学电磁场与微波研究所，四川成都 610031【正文语种】中文【中图分类】TN92-34现代无线通信系统对天线的性能要求越来越高，单纯线极化天线已无法满足要求，因此圆极化天线的应用越来越广泛。