混合饋電寬帶圓極化天線及其陣列技術(shù)研究.pdf

1、圓極化天線由于具有發(fā)射接收極化角度的任意性、抑制法拉第旋轉(zhuǎn)效應(yīng)的影響、抗多徑干擾等優(yōu)點，廣泛地應(yīng)用于衛(wèi)星通信、定位導(dǎo)航、射頻識別等各類無線通信系統(tǒng)中?，F(xiàn)代高速率、大容量的無線通信系統(tǒng)對天線的帶寬以及帶寬內(nèi)的輻射性能提出了更高要求。因此，本文結(jié)合科研課題，以無線通信系統(tǒng)對寬帶圓極化天線的需求為背景，對微帶天線的圓極化寬頻帶方法、圓極化天線的寬帶饋電方法以及基于耦合效應(yīng)的寬帶圓極化微帶天線陣列展開了研究。作者的主要工作可以概括為:
　

2、　1.對帶線探針混合饋電結(jié)構(gòu)的寬帶圓極化微帶天線進行了研究，提出了帶線探針混合饋電結(jié)構(gòu)在寬帶定向圓極化天線和寬帶雙圓極化微帶天線中的設(shè)計方法。研究了帶線探針混合饋電的單饋點切角圓極化微帶天線，采用增加天線高度的方法來展寬天線的圓極化帶寬，而帶線探針混合饋電解決了單個探針饋電阻抗不匹配的問題;研究了L形帶線與探針混合饋電的雙饋點圓極化微帶天線，混合饋電結(jié)構(gòu)具有功率分配、相位延遲和阻抗匹配的作用，所設(shè)計的天線不需要額外的饋電網(wǎng)絡(luò)，具有尺寸小

3、、帶寬寬的特點;研究了L形帶線與探針混合饋電的雙圓極化微帶天線，通過激勵方形貼片的對角線模式，再利用L形帶線的四分之一波長傳輸模式，在保證天線寬帶雙圓極化性能的前提下兩個端口仍獲得了好的隔離度。對三種帶線探針混合饋電的圓極化天線均加工了實物并測試，測試結(jié)果與仿真結(jié)果吻合良好，驗證了帶線探針混合饋電結(jié)構(gòu)的有效性。
　　2.對縫隙結(jié)構(gòu)混合饋電的寬帶圓極化天線進行了研究，分析了縫隙結(jié)構(gòu)混合饋電來展寬天線圓極化帶寬和改善輻射性能的作用。設(shè)

4、計了中心加載十字形縫隙的方形貼片和加載H形縫隙的切角貼片，采用縫隙-雙線混合饋電的方式獲得了對稱的輻射方向圖和較低的交叉極化，驗證了縫隙-雙線混合饋電結(jié)構(gòu)比傳統(tǒng)探針饋電更優(yōu)越的輻射性能;設(shè)計了加載彎折縫隙的印刷振子天線，在一對振子臂上加載彎折縫隙引入的電容分量為交叉振子在較寬頻帶內(nèi)提供90°的相位差，再加上同軸線-帶線-縫隙混合饋電結(jié)構(gòu)，該天線在無需額外相移網(wǎng)絡(luò)的情況下仍獲得寬的圓極化帶寬;研究了加載電磁帶隙結(jié)構(gòu)的寬帶圓極化天線，采用4

5、×4的矩形周期電磁帶隙結(jié)構(gòu)對旋轉(zhuǎn)45°縫隙的兩個等效正交輻射場產(chǎn)生相位差90°的相位延遲，成功設(shè)計了蘑菇形結(jié)構(gòu)和高阻抗表面結(jié)構(gòu)的兩種低剖面寬帶圓極化天線。對三組縫隙結(jié)構(gòu)混合饋電天線進行實物加工并測試，驗證了仿真結(jié)果。
　　3.對加載旋轉(zhuǎn)耦合單元的寬帶圓極化天線進行了研究，采用多種形式的旋轉(zhuǎn)耦合結(jié)構(gòu)來增加天線的帶寬。設(shè)計了加載旋轉(zhuǎn)耦合切角貼片的微帶天線，激勵出旋轉(zhuǎn)切角貼片的“線-圓-線”輻射模式，獲得了比單個切角貼片寬的圓極化帶寬;

6、設(shè)計了加載旋轉(zhuǎn)金屬片的寬帶圓極化微帶天線，加載的耦合旋轉(zhuǎn)金屬片在天線的軸比曲線中引入新的諧振點，拓寬了天線的圓極化帶寬，此外對比了縫隙-雙線混合饋電和探針耦合饋電兩種饋電結(jié)構(gòu)在該天線設(shè)計中對方向圖性能的影響;設(shè)計了加載旋轉(zhuǎn)縫隙的寬帶全向圓極化天線，結(jié)合旋轉(zhuǎn)縫隙的環(huán)形電流和豎直金屬片上的垂直電流以輻射出全向圓極化波，而加載另一組的旋轉(zhuǎn)耦合縫隙在阻抗曲線中引入新的諧振點展寬了天線的阻抗帶寬。三類天線的實測結(jié)果均表明旋轉(zhuǎn)耦合技術(shù)能夠獲得寬的圓

7、極化帶寬。
　　4.對基于耦合效應(yīng)的寬帶圓極化微帶陣列進行了研究。研究了方向一致緊密排布的切角貼片陣列，研究了其陣元間距、陣元耦合與陣列軸比帶寬、陣列增益間的關(guān)系，成功建立了采用帶線探針混合饋電的2×2和4×4的一致緊密排布陣列。研究了依次旋轉(zhuǎn)緊密排布的貼片陣列，通過減小陣元間距解決旋轉(zhuǎn)陣列在對角面交叉極化高的問題，分別研究了旋轉(zhuǎn)方形貼片和旋轉(zhuǎn)切角貼片的有源阻抗，最后建立了二階帶線探針混合饋電的旋轉(zhuǎn)切角貼片陣列，利用切角貼片中的兩