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(diǎn)，廣泛地應(yīng)用于衛(wèi)星通信、定位導(dǎo)航、射頻識(shí)別等各類無(wú)線通信系統(tǒng)中。現(xiàn)代高速率、大容量的無(wú)線通信系統(tǒng)對(duì)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(wú)線通信系統(tǒng)對(duì)寬帶圓極化天線的需求為背景，對(duì)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(kāi)了研究。作者的主要工作可以概括為:
　

2、　1.對(duì)帶線探針混合饋電結(jié)構(gòu)的寬帶圓極化微帶天線進(jìn)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(jì)方法。研究了帶線探針混合饋電的單饋點(diǎn)切角圓極化微帶天線，采用增加天線高度的方法來(lái)展寬天線的圓極化帶寬，而帶線探針混合饋電解決了單個(gè)探針饋電阻抗不匹配的問(wèn)題;研究了L形帶線與探針混合饋電的雙饋點(diǎn)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(jì)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(diǎn);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(guò)激勵(lì)方形貼片的對(duì)角線模式，再利用L形帶線的四分之一波長(zhǎng)傳輸模式，在保證天線寬帶雙圓極化性能的前提下兩個(gè)端口仍獲得了好的隔離度。對(duì)三種帶線探針混合饋電的圓極化天線均加工了實(shí)物并測(cè)試，測(cè)試結(jié)果與仿真結(jié)果吻合良好，驗(yàn)證了帶線探針混合饋電結(jié)構(gòu)的有效性。
　　2.對(duì)縫隙結(jié)構(gòu)混合饋電的寬帶圓極化天線進(jìn)行了研究，分析了縫隙結(jié)構(gòu)混合饋電來(lái)展寬天線圓極化帶寬和改善輻射性能的作用。設(shè)

4、計(jì)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(duì)稱的輻射方向圖和較低的交叉極化，驗(yàn)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(jì)了加載彎折縫隙的印刷振子天線，在一對(duì)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(wú)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(duì)旋轉(zhuǎn)45°縫隙的兩個(gè)等效正交輻射場(chǎng)產(chǎn)生相位差90°的相位延遲，成功設(shè)計(jì)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(duì)三組縫隙結(jié)構(gòu)混合饋電天線進(jìn)行實(shí)物加工并測(cè)試，驗(yàn)證了仿真結(jié)果。
　　3.對(duì)加載旋轉(zhuǎn)耦合單元的寬帶圓極化天線進(jìn)行了研究，采用多種形式的旋轉(zhuǎn)耦合結(jié)構(gòu)來(lái)增加天線的帶寬。設(shè)計(jì)了加載旋轉(zhuǎn)耦合切角貼片的微帶天線，激勵(lì)出旋轉(zhuǎn)切角貼片的“線-圓-線”輻射模式，獲得了比單個(gè)切角貼片寬的圓極化帶寬;

6、設(shè)計(jì)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(diǎn)，拓寬了天線的圓極化帶寬，此外對(duì)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(jì)中對(duì)方向圖性能的影響;設(shè)計(jì)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(diǎn)展寬了天線的阻抗帶寬。三類天線的實(shí)測(cè)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(duì)基于耦合效應(yīng)的寬帶圓極化微帶陣列進(jìn)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(guò)減小陣元間距解決旋轉(zhuǎn)陣列在對(duì)角面交叉極化高的問(wèn)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