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宽带圆极化微带天线设计

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共 44 页 第 I 页

宽带圆极化微带天线设计

关键词： 微带天线， X波段，设计，分析，HFSS，仿真

共 44 页 第 II 页 目 录

1 绪 论........................................................................................................................................... 1

1.1 本课题研究背景 ..................................................................................................................... 1

1.2 微带天线的发展 ..................................................................................................................... 1

1.3 微带天线的优缺点 ................................................................................................................. 2

1.4 本课题研究内容 ..................................................................................................................... 3

2 微带天线基本概念及原理........................................................................................................... 5

2.1 天线的基本概念 ..................................................................................................................... 5

2.2 天线的辐射原理 ..................................................................................................................... 6

2.3 天线的基本参数 ..................................................................................................................... 6

2.3.1 天线的极化 ...................................................................................................................... 7

2.3.2 天线方向图的概念 .......................................................................................................... 7

2.3.3 天线输入阻抗的计算方式 .............................................................................................. 8

2.3.4 天线的谐振频率与工作频带宽带 .................................................................................. 8

2.3.5 天线的驻波比 .................................................................................................................. 9

2.4 微带天线的简介 ................................................................................................................... 10

2.4.1 微带天线的结构与分类 ................................................................................................ 10

2.4.2 微带天线的辐射机理 .................................................................................................... 10

2.4.3 微带天线的形状 ............................................................................................................ 11

2.5 微带天线的分析方法 ........................................................................................................... 11

2.5.1 传输线模型法 ................................................................................................................ 11

2.5.2 空腔模型法 .................................................................................................................... 13

2.5.3 积分方程法 .................................................................................................................... 13

2.6 微带天线的馈电方法 ........................................................................................................... 14

2.7 微带天线圆极化技术 ........................................................................................................... 15

2.7.1 圆极化天线的原理 ........................................................................................................ 15

2.7.2 圆极化实现技术 ............................................................................................................ 16

3 宽带异形贴片微带天线设计..................................................................................................... 21

3.1 微带天线的仿真 ................................................................................................................... 21

3.2 Ansoft HFSS高频仿真软件的介绍 ........................................................................................ 21

3.3 HFSS对具体实例的仿真 ........................................................................................................ 21

共 44 页 第 III 页 3.3.1 选取微带天线模型 ........................................................................................................ 21

3.3.2 微带天线的仿真优化 .................................................................................................... 23

4 双点馈电圆形圆极化微带天线设计......................................................................................... 35

4.1 HFSS对圆极化微带天线的仿真 ............................................................................................ 35

4.1.1 选取圆极化微带天线模型 ............................................................................................ 35

4.1.2 圆形圆极化微带天线的仿真优化 ................................................................................ 35

5 总结结论及展望......................................................................................................................... 41

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圆极化微带天线的设计与研究

圆极化微带天线的设计与研究

空军工程大学毕业论文（设计）

I 摘 要

微带天线具有体积小，重量轻，低剖面，制造成本低，易于批量生产，易于和微带线路集成等特点，能得到单方向的宽瓣方向图，易于实现双频段、双极化等多功能工作。这些优点使得微带天线在大约100MHz～100GHz宽广频域上，广泛应用于包括卫星通信、雷达、遥感、制导武器以及便携式无线电设备。

论文首先回顾了微带天线的发展史，介绍了它的结构、优缺点及应用，然后给出了微带天线的几种分析方法，包括传输线法，空腔模型法，积分方程法等，并介绍了微带天线圆极化的原理和实现方法以及微带天线的馈电方式。然后在Ansoft HFSS中创建了一个单馈圆极化微带天线和双馈圆极化微带天线，分析了S11和VSWR参数，画出了方向图。为了实现圆极化，进行了轴比的优化仿真，达到了较为理想的结果。

关键词：微带天线、圆极化、轴比

空军工程大学毕业论文（设计）

II Abstract

The microstrip antennas has the volume to be small, the weight is light, the low

section plane, the production cost is low, easy volume production, easy and

characteristics and so on microstrip line integration, can obtain the single direction wide

petal directional diagram, easy to realize, the double polarization dual range and so on

multi-purpose work. These merits cause the microstrip antennas in approximately the

宽带圆极化天线及可重构天线研究与设计

宽带圆极化天线及可重构天线研究与设计

宽带圆极化天线及可重构天线研究与设计

一、本文概述

随着无线通信技术的飞速发展和广泛应用，天线作为无线通信系统的重要组成部分，其性能优化和设计创新一直是研究的热点。本文致力于探讨宽带圆极化天线及可重构天线的研究与设计，旨在提高天线在复杂电磁环境中的性能稳定性和适应性。

宽带圆极化天线因其具有宽频带、圆极化波等特性，在卫星通信、雷达探测等领域具有广泛的应用前景。本文将深入研究宽带圆极化天线的基本原理和设计方法，分析影响其性能的关键因素，并提出相应的优化策略。

可重构天线作为一种新型天线技术，具有灵活可变、适应性强等特点，在认知无线电、智能通信等领域展现出巨大的潜力。本文将详细阐述可重构天线的工作原理和实现方式，探讨其在不同应用场景下的性能表现和应用前景。

本文将结合具体案例，详细分析宽带圆极化天线和可重构天线的实际设计过程，包括天线结构的选择、参数的优化、性能的仿真验证等。通过本文的研究，期望能够为天线设计的理论研究和实际应用提供有益的参考和借鉴。 二、宽带圆极化天线的基本理论

圆极化天线是一种特殊的天线类型，其辐射的电磁波电场矢量或磁场矢量的端点随时间沿圆形或椭圆形的轨迹移动。这种特性使得圆极化天线在无线通信系统中具有广泛的应用，特别是在存在多径效应和法拉第旋转的环境中。宽带圆极化天线则是指其工作带宽较宽的天线，能够满足现代无线通信系统对宽带和圆极化的双重需求。

圆极化波可以分为左旋圆极化（LHCP）和右旋圆极化（RHCP）两种。这两种极化方式的主要区别在于电场矢量或磁场矢量的旋转方向。在自由空间中，圆极化波的传播不受天线极化的影响，因此具有较好的抗多径效应和法拉第旋转的能力。

宽带圆极化天线需要满足两个主要条件：一是具有较宽的工作带宽，二是其辐射的电磁波应为圆极化波。为了实现宽带圆极化，天线的设计需要考虑到阻抗匹配、轴比、增益等多个因素。

设计宽带圆极化天线的方法多种多样，包括加载寄生元件、采用特殊馈电结构、使用多层结构等。这些方法各有优缺点，需要根据具体的应用场景和需求来选择。

圆极化微带天线设计(最新整理)

圆极化微带天线设计(最新整理)

0ＧＰＳ圆极化微带天线设计1.1微带天线简介 微带天线是在一块厚度远小于工作波长的介质基片的一面敷以金属辐射片，一面全部敷以金属薄膜层做接地板而成。GPS天线通常使用平面天线和螺旋形天线。近年来微带天线由于具有重量轻，体积小，易于实现圆极化。而GPS功能在个人行动通讯设备特别是手机中的普及，更使得GPS天线的小型化研究成为十分热门的话题。1.2GPS微带天线结构与原理 上图是一个简单的微带天线结构，由辐射元，介质层和参考地三部分组成。与天线性能相关的参数为辐射元的长度L,辐射元的宽度W，介质层的厚度h,介质的相对介质电常数εr ，介质的长度和宽度。1.3辐射机理 理论上可以采用传输线模型来分析其性能，假设辐射贴片的长度近似的为半波长，宽度为w,介质基片厚度为h,工作波长为λ；我们可以将辐射贴片，介质基片和接地板视为一段长度为λ/2的低阻抗微带传输线，在传输线的两端断开形成开路。由于介质基片厚度h<

1 设计高效率辐射的宽度w, 式中C为光速。21212rfcw辐射贴片的长度一般为，这里的是介质内的导波波长，即2ee=eefc考虑到边缘缩短效应后，实际的辐射单元长度L应为L=-2ΔL 式中是有效介电常数，ΔL是等效辐射缝隙长度，efce同轴线馈电点的位置，宽度方向上馈电点的位置一般在中心点，在长度方向上边缘处（x=L/2）的输入阻抗最高。由以下的公式计算出输入阻抗为50欧姆的馈电点位置：re1-12L1L 2ＨＦＳＳ设计环境概述2.1模式驱动求解。2.2建模操作。模型原型：长方体，圆柱体，矩形面，圆面。模型操作：相减操作。 2..3边界条件及激励：边界条件：有限导体边界，辐射边界.端口激励：集总端口激励。2.4求解设置。 求解频率：１.６ＧＨｚ扫频设置：快速扫描，频率范围：１～２ＧＨｚ2..5Ｏｐｔｉｍｅｔｒｉｃｓ 参数扫描分析优化设计2.6数据后处理：Ｓ参数扫描曲线，３Ｄ辐射方向图。 3.1仿真模型 2 ３.2结果 Ｓ参数扫描曲线 3D辐射方向图 1从分析结果中可以看出设计的微带天线谐振频率在1.6GHZ。且在1.6GHZ频点附近上的回波损耗为20.5dB左右。 2 从三维增益方向图中可以看出该微带天线最大辐射方向是微带贴片的法向方向 ，即z轴方向。 4.总结和展望

一种新型环状宽带圆极化微带天线设计

一种新型环状宽带圆极化微带天线设计

２０１２年６月第３期　现代导航　・２２５・　

一种新型环状宽带圆极化微带天线设计　

王忠　，顾云涛２　

（１海军驻广州地区舰船配套代表室；２海军装备部驻西安地区军事代表局）　

摘要：本文设计了一种新型的环状开缝的宽带圆极化微带贴片天线，通过等幅度９Ｏ。相位　

差的Ｌ型探针馈电。通过在环状贴片上开槽可以有效的增加轴比和阻抗带宽。传统的圆极化天线　

带宽受限于阻抗、轴比和增益的公共带宽，本文提出的天线得到有效带宽从１．１ＧＨｚ到１．９ＧＨｚ，　相对带宽达到了５３％以上，频带覆盖了ＧＰＳ、ＧＡＬＩＬＥＯ、ＣＯＭＰＡＳＳ、ＧＬＯＮＡＳＳ四大导航系统。　

该天线性能较好，加工调试简便，在卫星导航等领域具有广阔的应用前景。　

关键词：圆极化；微带天线；宽带　中图分类号：ＴＮ８２２　文献标识码：Ａ　文章编号：１６７４—７９７６．（２０１２）０３—２２５—０３　

Ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　Ｎｅｗ　Ａｎｎｕｌａｒ　Ｃｉｒｃｕｌａｒ　Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ　Ｂｒｏａｄｂａｎｄ　Ｍｉｃｒｏｓｔｒｉｐ　Ａｎｔｅｎｎａ　

ＷＡＮＧ　Ｚｈｏｎｇ，ＧＵ　Ｙｕｎｔａｏ　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａ　ｎｅｗ　ｃｉｒｃｕｌａｒ　ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ（ＣＰ）ｂｒｏａｄｂａｎｄ　ｍｉｃｒｏｓｔｒｉｐ　ａｎｔｅｎｎａ　ｗｉｔｈ　ａｎｎｕｌａｒ　ｓｌｏｔ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｐａｔｃｈ　ｉｓ　ｄｅｓｉｇｎｅｄ　ｉｎ　ｔｈｉｓ　

ｐａｐｅｒ，ｗｈｉｃｈ　ｉｓ　ｆｅｄ　ｂｙ　ｔｈｅ　Ｌ—ｐｒｏｂｅ　ｗｉｔｈ　ｉｔｓ　ｐｈａｓｅ　ｄｉｆｅｒｅｎｃｅ　ｉｓ　９０。．Ｔｈｒｏｕｇｈ　ｓｌｏｔｔｉｎｇ　ｉｎ　ｔｈｅ　ａｎｎｕｌａｒ　ｐａｔｃｈ，ｔｈｅ　ａｘｉａｌ　ｒａｔｉｏ　ａｎｄ　

ｉｍｐｅｄａｎｃｅ　ｂａｎｄｗｉｄｔｈ　ａｒｅ　ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ　ｉｎｃｒｅａｓｅｄ．Ｔｈｅ　ｂａｎｄｗｉｄｔｈ　ｏｆ　ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ　ｃｉｒｃｕｌａｒ　ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ　ｉｓ　ｌｉｍｉｔｅｄ　ｂｙ　ｔｈｅ　ｃｏｍｍｏｎ　ｂａｎｄｗｉｄｔｈ　ｏｆ　ｉｍｐｅｄａｎｃｅ，ａｘｉａｌ　ｒａｔｉｏ　ａｎｄ　ｇａｉｎ．Ｔｈｅ　ｒｅｌａｔｉｖｅ　ｂａｎｄｗｉｄｔｈ　ｏｆ　ｐｒｏｐｏｓｅｄ　ａｎｔｅｎｎａ　ｉｓ　ｕｐ　ｔｏ　ｏｖｅｒ　５３％，ｗｉｔｈ　ｉｔｓ　ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ　ｂａｎｄｗｉｄｔｈ　ｉｓ