多模椭圆贴片天线研究

作     者：毛天福 

作者单位：南京邮电大学 

学位级别：硕士

导师姓名：张明

授予年度：2022年

学科分类：080904[工学-电磁场与微波技术] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 08[工学] 

主      题：椭圆贴片天线 多模谐振理论 小型化 宽频带天线 

摘      要：本文致力于多模椭圆贴片天线的研究,借助马丢函数等数学工具充分地剖析椭圆贴片天线的基本原理,将掌握的椭圆贴片天线基本原理与贴片天线的相关技术结合,基于此提出了三种多模椭圆贴片天线。(1)提出了一种宽波束低交叉极化三模宽频带椭圆贴片天线设计方案,依据磁流源和远场的关系选择半封闭椭圆贴片作为主辐射贴片,通过加载短路销钉拉近准TE 模式和准TE模式以实现双模谐振特性和低交叉极化。在主辐射贴片的基础上引入一个单边开放的寄生贴片,在原有双模谐振基础上加入一个谐振频点形成三模谐振,加载寄生贴片从原理上来讲相当于消除了完整贴片的阵列因子,将贴片天线从二元阵列变为了单个辐射元,因此波束得到了展宽。最终天线成品在剖面厚度仅为0.039λ的基础上获得了14%的相对带宽,阻抗带宽内的增益十分稳定,天线的E面波束宽度平均为135°,峰值波束宽度达到150°,交叉极化峰值仅为-13.11d B。(2)提出了一种使用非辐射模式用作阻抗匹配的低剖面三模宽频带椭圆贴片天线设计方案,首先通过沿着椭圆弧段加载短路销钉完成整流,然后加载椭圆槽完成TM 与TM 两个辐射模式的耦合。为了不破坏两个辐射模式的电流分布以及降低天线交叉极化,选择在接地板开槽将非辐射模式TM 的谐振频点拉入两个辐射模式之间形成三模谐振特性。最终成品天线在剖面厚度仅为0.049λ的基础上获得了13.52%的相对带宽,并在阻抗带宽内获得了较稳定的增益。(3)提出了一种结构简单的低剖面三模宽带椭圆贴片天线设计方案,鉴于第二种设计方案中匹配模式与辐射模式的场分布差异较大导致阻抗带宽展宽受限,所以放弃椭圆弧段短路销钉加载,提出一种仅仅使用椭圆槽加载即可完成三个辐射模式耦合的新方案。同时为了获得稳定增益,利用提出的磁流增强枝节完成TM 模式增益的提升。加工实测后,成品天线的带宽高达20.57%,剖面厚度仅0.052λ,而且天线在阻抗带宽范围内获得了比较稳定的增益。