圆极化微带天线的设计与实现

２０１１年第５期　（总第１４１期）　大众科技　ＤＡＺＨｏＮＧ　ＫＥ　Ｊ　Ｎｏ．５。２０１１　（Ｃｕｍｕｌａｔｉｖｅｌｙ　Ｎｏ．１　４１）　分它贵电圆被化微　天线Ｂ，３ｉ￣计　

张一治　张晓波　（西安电子科技大学理学院，陕西西安７１００７１）　【摘要】设计一种中心频率在２ＧＨｚ，带宽为３００ＭＨｚ的圆极化微带天线。在设计中采用双层贴片来增大３－ｄＢ轴比带宽，　差分馈电的方式使天线的方向图具有较好的对称性。该设计的新型天线，阻抗带宽可以达到３９．５％。低交叉极化水平保持不变，　使得天线的极化纯度较高，并且３一ｄＢ轴比带宽达到了中心频率的１５％。另外，在操作频带范围内，天线的增益是很稳定的，　大约是８．７ｄＢｉ。　【关键词】圆极化：差分馈电；天线　【中图分类号】ＴＮ８２０．１＋１　【文献标识码】Ａ　【支章编号】１００８—１１５１（２０１１）０５—００３９—０１　（一）使用ＨＦＳＳ软件设计天线　ＨＦＳＳ采用的理论基础是有限元方法，是一种基于微分方　程的方法，其解是频域的，由频域解可得到时域解，擅长于　设计各种辐射器以及求本征模问题。　微带天线产生圆极化波的关键是产生幅度相等，相位相　差９Ｏ。的两个线极化波，本模型采用双馈电形成差分馈电的　双层贴片微带天线来实现圆极化辐射。如图ｌ和２所示，两　个馈电点激励产生两个极化正交的简并模，由馈电网络保证　两模的振幅相等，相位相差９０。，由此实现圆极化。在这里，　１８０。的功率分配器形成差分馈电的方式，使单一的输入信号　变为两个相位相差１８０。的输出信号，如图３所示，由此得到　的圆极化天线的方向图具有较好的对称性。　选定的初始参数为：　６２．８ｍｍ，　２　５６．８ｍｍ，Ｋ１　２７．３ｍｍ，　２０．５ｍｍ，　ｈ　２３・９ｍｍ，ｈ　５・７ｍｍ，Ｓ　１７・３ｍ，ｇ　８ｍｍ，ｄ　１２・８ｍｍ，　２１．６ｍｍ，　４．５ｍｍ，ｔ＝２．３ｍｍ，Ｌ＝４６．６ｍｍ，Ｇｗ　６＝ｆ　１８２ｒａｍ　：口　一　

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。

右旋圆极化矩形微带天线设计

一、引言

大多数情况下，矩形微带天线工作于线极化模式，但是通过采用特殊的馈电机制及对微带贴片的处理，它也可以工作于圆极化和椭圆极化模式。圆极化的关键是激励起两个极化方式相互正交的线极化波，当这两个模式的线极化波幅度相等，且相位相差90度时，就能得到圆极化的辐射。矩形微带天线获得圆极化特性的馈电方式有两种：一种是单点馈电，另一种是正交馈电。本文采用单点馈电。

我们知道，当同轴线的馈电点位于辐射贴片的对角线位置时，可以激发TM10和TM01两个模式，这两个模式的电场方向相互垂直。在设计中，我们让辐射贴片的长度L和宽度W相等，这样激发的TM10和TM01两个模式的频率相同，强度相等，而且两个模式的电场相位差为零。若辐射贴片的谐振长度为Lc，我们微调谐振长度略偏离谐振，即一边的长度为L1，另一边的长度为W1，且L1>W1，这样前者对应一个容抗Y1=G-jB，后者对应一个感抗Y2=G+jB，只要调整L1和W1的值，使得每一组的电抗分量等于阻抗的实数部分，及B=G，则两阻抗大小相等，相位分别为-45度和+45度，这样就满足了圆极化的条件，从而构成了圆极化的微带天线。其极化旋向取决于馈电点接入位置，当馈电点在如图1-1的A点时，产生右旋圆极化；当馈电点在图1-1的B 点时，产生左旋圆极化波。

ABXYL1W1h介质基片（ε）d图1-1 单馈点圆极化矩形微带天线结构

二、结构设计

设计微带天线的第一步是选择合适的介质基片，假设介质的介电常数为εr，对于工作频率为f的矩形微带天线，可以用如下的公式估算辐射贴片的宽度：

21212)ε(fcWr (1)

其中，c是光速。

辐射贴片的长度一把取为2c，其中cλ是介质内的导波波长，考虑到边缘缩短效应后，实际的辐射贴片长度为：

LfcLe22 (2)

其中，e是有效介电常数，L是等效辐射缝隙长度，它们可以分别用下式计算，即为：

2004年4月重庆大学学报Apr.2004　第27卷第4期JournalofChongqingUniversityVol.27　No.4

文章编号:1000-582X(2004)04-0057-04

圆极化微带天线的设计与实现Ξ

韩庆文,易念学,李忠诚,雷剑梅

(重庆大学通信学院,重庆　400030)

摘　要:圆极化微带天线是一种低剖面的天线元,研究圆极化微带天线的特性在天线设计中显得十

分重要,而微带贴片天线的馈电位置的确定是设计的关键。针对单端侧馈五边形圆极化微带天线进行

了详细分析和论述;简要介绍了微带天线的实现方法,并介绍了一种用于分析多边形微带天线的有效方

法———有限元分析法;通过对一个5.6GHz的五边形圆极化微带天线的研究设计,给出了圆极化微带

天线的设计过程,找到了确定馈电点位置的合理方法,采用HFSS软件进行优化设计,进行仿真,给出了

合理的仿真结果。

关键词:微带天线;圆极化;轴比;五边形;方向图;电压驻波比;带宽

中图分类号:TN820.11文献标识码:A

目前简单的线极化天线已很难满足人们的需求,这就使得圆极化微带天线倍受青睐。

但在微带天线的分析中,近似处理较多,使得天线

的设计准确性并不太好,微带贴片天线的馈电位置的

确定往往需要实验调整的方法进行研究。另外由于微

带天线的频带窄,设计尺寸的微小误差都会造成天线

谐振频率的偏离,极化特性也会变差。在实际工作中

由于介质基片的离散性,也影响了谐振频率的准确

性[1]。针对上述问题,特别对圆极化微带天线的设计

过程进行了深入的分析;通过应用HFSS高频结构软

件仿真,使天线的性能得到了优化。

1　微带天线

微带天线是一种基于微带传输线的天线。它有多

种形式,按结构特征,可把微带天线分为两大类,即微

带贴片天线和微带缝隙天线;常用的一类,是贴片微带

天线。贴片可以是矩形、圆形、椭圆形及其它形状,在

此选用五边形贴片。

微带天线的辐射,是由微带天线边沿和接地板之

间的边缘场产生的。以矩形贴片为例,其辐射场的示