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基于磁偶极子引向器的毫米波低剖面端射高增益天线的研究

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基于磁偶极子引向器的毫米波低剖面端射高增益天线的研究

作者：杨菊华南理工大学

学位级别：硕士

随着无线通信系统的日益发展,尤其是随着5G时代的到来,毫米波频段的发展与应用备受研究与关注。因此,对无线系统的关键器件天线也提出了更高的要求。毫米波端射天线在机载、车载通信系统、雷达系统以及点对点通信系统等方面有着广阔的... 详细信息

随着无线通信系统的日益发展,尤其是随着5G时代的到来,毫米波频段的发展与应用备受研究与关注。因此,对无线系统的关键器件天线也提出了更高的要求。毫米波端射天线在机载、车载通信系统、雷达系统以及点对点通信系统等方面有着广阔的应用。为了满足端射天线愈来愈高的指标要求,本文对5G毫米波频段(24.25-29.5GHz)的线极化和圆极化端射天线进行研究与设计,基于提出的印刷磁偶极子引向器提高端射增益,实现的三种端射天线具有低剖面、宽带宽、高增益、结构简单、易集成和易加工等优良特性。本文工作的主要内容包括:1.提出了一种平面带线馈电的毫米波垂直线极化端射天线。该天线单元是由平面喇叭馈源和寄生磁偶极子引向器组成的。平面喇叭馈源由差分带线馈电,通过展开的金属化过孔与金属贴片形成喇叭口径。该喇叭馈源为垂直极化辐射,可在低剖面情况下呈现宽带宽特性,且增益稳定。为了提高该喇叭馈源的增益,在喇叭口径前增加寄生的磁偶极子引向器,该引向器由金属贴片和金属化过孔组成,通过对垂直极化的引向作用,使得喇叭口径的波前平面更加均匀,从而提高天线的增益。整个喇叭天线单元的结构完全对称,剖面高度为0.14λ,阻抗带宽达到35.5%,工作频带内的增益平稳且在10d Bi以上,辐射方向图完全对称。为了进一步提高天线的增益,本文设计一种平面带线型T形功分器,实现两单元的线极化阵列,该阵列的阻抗带宽达到32%,峰值增益为13.9d Bi,且1d Bi增益带宽为21.32%,辐射方向图完全对称。2.提出了一种平面带线馈电的毫米波圆极化端射天线。基于平面带线馈电的线极化端射天线,设计了圆极化端射天线的馈源。该馈源由垂直极化喇叭馈源上下两面对称的金属贴片改进成分别向两侧延伸的互补型偶极子贴片实现。通过调整其尺寸,使得馈源产生的水平极化与垂直极化辐射幅度相等、相位相差90度,从而形成端射的圆极化辐射。此外,通过在馈源两侧添加寄生贴片,从而增强低频谐振,增加阻抗带宽。为了提高馈源增益,基于垂直极化磁偶极子引向器提出双极化引向器,实现对圆极化的引向。整个天线上下两面180°旋转对称,剖面高度为0.14λ,阻抗带宽达到34.3%,3d B轴比带宽为23.3%,工作频带内的圆极化增益在11.08～13.5d Bi之间,辐射方向图保持对称。3.提出了一种基片集成波导(SIW)馈电的毫米波圆极化端射天线。该圆极化馈源由SIW对其上下表面的金属贴片引入水平电流使其同向从而产生水平极化辐射,该水平极化辐射与SIW的垂直极化辐射通过调整尺寸而达到幅度相等、相位相差90度,进而形成圆极化辐射。为了进一步提高圆极化增益,在该馈源前方增加寄生的双极化磁偶极子引向器,通过引向作用,均匀波前平面,从而增益得到提高。整个天线上下两面180°旋转对称,剖面高度为0.14λ,阻抗带宽达到30.76%,3d B轴比带宽为26.31%,峰值增益达到10.58d Bi,工作频带内的增益平稳且在10d Bi以上。通过上述工作的研究,丰富了平面线极化天线和圆极化天线的设计理论和方法,同时也为工程上的实际应用提供了技术支持。

关键词：毫米波 5G 磁偶极子引向器端射

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弹载共形端射天线及低剖面超宽带天线研究

弹载共形端射天线及低剖面超宽带天线研究

作者：张虹西安电子科技大学

学位级别：硕士

论文结合科研项目进行选题展开研究工作,首先阐述了所设计天线的概念和应用、国内外研究现状及选题背景与意义;然后对本文研究内容加以论述;最后给出了研究成果和需进一步研究的问题。文中主要研究内容包括两个部分:第一部分设计了弹载... 详细信息

论文结合科研项目进行选题展开研究工作,首先阐述了所设计天线的概念和应用、国内外研究现状及选题背景与意义;然后对本文研究内容加以论述;最后给出了研究成果和需进一步研究的问题。文中主要研究内容包括两个部分:第一部分设计了弹载共形端射天线,包含弹载共形端射线极化天线和弹载共形端射圆极化天线;第二部分研制了低剖面超宽带天线。论文的主要研究内容如下所述:(1)弹载共形端射天线研究根据科研项目指标要求,分析了弹载共形端射天线技术难点,即如何在天线与弹体间距小的条件限制下,实现沿弹尾方向的端向辐射特性。基于上述难点分析,分别确定了弹载共形端射线极化天线和弹载共形端射圆极化天线设计方案。1)弹载共形端射线极化天线根据弹载共形端射线极化天线尺寸限制和端向辐射的指标要求,分析了技术难点,选定谐振环和反射环组成二元环八木天线作为此天线设计方案。谐振环作为辐射单元,实现了天线沿弹体轴线方向双向辐射。为了抑制后瓣对相临区域干扰,使得天线实现端向辐射特性,引入反射环单元,通过调节馈电环和反射环尺寸与间距,实现沿弹尾方向辐射。在馈电环和反射环上加载短路针和渐变结构,可起到调节阻抗匹配的作用。采用ANSYS HFSS 13.0软件对该天线进行仿真分析,结果表明,在f±10MHz内,驻波比不大于1.2,在轴向±15°波束范围内,增益大于7.3dB,满足项目指标要求,从而验证了此方案的可行性。2)弹载共形端射圆极化天线根据弹载共形端射圆极化天线尺寸限制和沿弹尾端向辐射的指标要求,分析了技术难点,选定两个四元倒F天线子阵为此天线设计方案。弹载共形端射圆极化天线子阵采用倒F天线作为阵元,并利用顺序旋转馈电技术(0°,90°,180°,270°)对四元倒F天线子阵馈电,实现了双向圆极化,且展宽了轴比带宽。但是主极化(右旋圆极化)增益不满足指标要求。为了提高主极化增益,根据端射阵原理,对两个子阵等幅、90°相位差馈电,且两子阵间距约1/4波长,可以增强主极化增益。通过HFSS软件进行仿真分析,其结果表明,所设计弹载共形端射圆极化天线在380MHz-480MHz内,驻波系数小于1.6,轴比小于2.1dB,在轴向±20°波束范围内,增益大于0.1dB,因此,所设计的弹载共形端射圆极化天线的电参数均满足项目要求。(2)低剖面超宽带天线研究根据天线低剖面和超宽带的指标要求,分析了技术难点,确定了天线方案。设计出了由顶层加载帽、正交锥形辐射贴片和弯折短路针组成的低剖面超宽带天线。为了满足低剖面的指标要求,采用顶部加载以降低天线剖面。加载弯折短路针,延长了电流路径,从而改善了低频驻波系数,使得带宽得以展宽。将两印制锥形辐射贴片的介质板上正交嵌入放置,可在方位面获得良好全向性。但是,为了使两介质板正交嵌入,需要将两介质板各自裁去一个互补矩形长条,但对高频电流分布产生了影响,使得高频驻波系数升高。可采用在两介质板中央加载金属化通孔的方法,导通高频段电流分布,改善高频驻波系数,进而展宽天线带宽。通过仿真软件进行了仿真,在仿真基础上加工了实验样机,实测数据表明,该天线结构尺寸为Ф74mm×26mm,在整个频段880-3800MHz,方向图为类单极子辐射方向图,具有良好的类单极子辐射特性。实测和仿真的结果有着良好的一致性,从而验证了该方案的可行性,具有一定的工程用价值。

关键词：天线共形端射圆极化低剖面超宽带

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宽角覆盖宽带端射天线研究

宽角覆盖宽带端射天线研究

作者：张雪源北京理工大学

学位级别：硕士

近年来，电磁技术在通信、探测、导航等各大领域得到了广泛应用，天线作为无线通信系统中能量转化的桥梁，它的性能对整个系统的运行起到了决定性的作用。随着在军用民用领域应用的不断扩展，对天线设计的要求也提出了更高的指标要求，... 详细信息

近年来，电磁技术在通信、探测、导航等各大领域得到了广泛应用，天线作为无线通信系统中能量转化的桥梁，它的性能对整个系统的运行起到了决定性的作用。随着在军用民用领域应用的不断扩展，对天线设计的要求也提出了更高的指标要求，如更宽的带宽、更高的增益、更小的尺寸、更适合要求的3dB波束宽度等。在雷达探测系统中，尤其是在高速运动载体的雷达系统中，对天线与载体共形提出了一定要求，端射结构可以很好地满足这一要求。在宽角扫描端射阵列中，单元的3dB波束宽度得到展宽是展宽阵列扫描角度的必要条件。随着系统的不断扩充，常常需要在多个频段保持工作。宽带天线的使用大大地降低了系统的复杂度，满足宽带化雷达及软件无线电需求。因此，从空间覆盖及频率覆盖的角度来说，设计宽角覆盖宽带端射天线具有重要意义。本文在渐变槽天线和八木天线的基础上，深入研究探索，将宽角、宽带技术结合到端射天线上，设计了几种具有宽角覆盖宽带端射性能的端射天线。本文首先介绍了端射基本概念，总结了通常设计中展宽带宽及波束宽度的几种方法，选择渐变槽天线与八木天线作为研究对象。对于渐变槽天线，由其基本原理入手，详细探讨直线型渐变槽天线各设计参数对宽角宽带性能影响。之后，对带有特定阻带的渐变槽天线进行了重点分析研究。给出了设计带有特定阻带的直线型渐变槽天线的一般方法。最后，设计出一款带宽覆盖3-10GHz，H面波瓣宽的覆盖107°的端射式直线型渐变槽天线，并且设计出三款带有特定阻带的宽带宽角端射天线。对所设计天线给出了实际测量结果及数据分析。对于八木天线，由传统金属柱型八木天线设计原理入手，详细探讨了其平面化的方法，针对两种不同馈电方式的平面八木结构分别进行了设计。对设计结构的宽带宽角性能进行了讨论分析。设计出一款中心频率为8.5GHz，增益大于7dB，阻抗带宽近50%，E面3dB波瓣宽度84°，H面3dB波瓣宽度近100°的宽角覆盖宽带端射天线。在要求一定小型化及高增益的条件下，设计出两款带有反射板的平面八木天线，并对所设计天线给出了实际测量结果及数据分析。

关键词：宽带宽角覆盖端射渐变槽天线八木天线高增益

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5G毫米波端射及边射终端封装天线研究

5G毫米波端射及边射终端封装天线研究

作者：柯李顺华南理工大学

学位级别：硕士

作为5G移动通信系统的关键组件,天线具有十分重要的作用。在5G毫米波频段,终端设备对天线有着特殊的要求,如极化方式、辐射方向以及尺寸(剖面)等。但是,终端设备中天线数量增加与天线空间的减少,使得天线设计难度日益增加。另外,毫米波... 详细信息

作为5G移动通信系统的关键组件,天线具有十分重要的作用。在5G毫米波频段,终端设备对天线有着特殊的要求,如极化方式、辐射方向以及尺寸(剖面)等。但是,终端设备中天线数量增加与天线空间的减少,使得天线设计难度日益增加。另外,毫米波频段互连损耗大,封装天线是5G毫米波终端天线的有效解决方案,因此其研究具有重要的现实意义。本文主要开展5G毫米波终端封装天线的研究,主要内容如下:1、提出一种超低剖面宽带边射天线。该天线基于贴片天线进行设计,通过将多个贴片单元串联馈电,并运用对数周期天线的工作原理,对贴片的大小及间隔按照一定比例放大,从而达到低剖面宽带的效果。在单端馈电结构的基础上,为了优化不同频段的辐射方向图,又采用差分馈电方式使得结构对称,在保证带宽的前提下,提高了天线的增益,改善了方向图的稳定性。设计的天线样品采用厚度为0.254 mm(0.02λ)的微波基板,在完整地板的情况下覆盖整个5G毫米波频段(24.25-29.5 GHz,≈20%),加工样品的测试结果验证了提出的设计思路。2、提出一种宽带水平极化端射天线。该天线通过将螺旋天线进行两次演变,借用对数周期天线的设计思路拓展天线的带宽,最终获得一个基于渐变折叠偶极子的对数周期天线。采用一种基于微带转缝隙的平面结构巴伦将单端信号转换成差分信号,用来激励折叠偶极子。为了提高增益,基于天线单元设计了1×4阵列。设计的天线单元和阵列采用9层LTCC工艺,覆盖整个5G毫米波频段,加工样品的测试结果验证了提出的设计思路。3、提出一种低剖面宽带垂直极化端射天线。该天线基于具有端射垂直极化特性的辐射单元——准PIFA天线设计。第一款天线运用L型探针馈电、加载贴片以及蚀刻U型缝隙,展宽了天线带宽,覆盖n257频段。其中,加载的贴片既能作为谐振器展宽带宽,也能作为引向器提高增益。为了增加带宽和增益,将第一款天线的U型缝隙去除,增加一对贴片加载,设计了第二款双贴片加载天线。该天线能够覆盖5G毫米波频段且具有更高增益。基于上述两款天线的单元分别设计了1×4阵列。两款天线均采用9层LTCC工艺,厚度为0.846 mm,加工样品的测试结果验证了提出的设计思路。4、提出一种低剖面宽带双极化端射天线。该天线基于一对垂直极化端射天线,并将加载贴片用作水平极化的辐射器从而实现双极化。采用多重结构复用技术,既可以将水平极化和垂直极化在一个结构内实现,使体积缩小一半,也能提高两种极化的增益与带宽。另外,两种极化分别采用差模与共模信号馈电,得益于天线结构的对称性与馈电的对称性,该天线的两种极化天然隔离。天线采用9层LTCC工艺,覆盖n257频段,并对双极化天线及其1×4阵列进行了加工,测试结果验证了提出的设计思路。

关键词：毫米波封装天线边射端射宽带

超宽带低剖面Half-Vivaldi端射天线孔径设计

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现代电子技术 2019年第13期42卷 38-41,46页

作者：金荣李思佳张国雯王平禄空军驻西安地区第七军事代表室陕西西安710068 空军工程大学信息与导航学院陕西西安710077

为了减小天线剖面,以满足实际工程应用需求,在传统Vivaldi天线的基础上,根据其工作机理和镜像原理,设计垂直极化端射的超宽带低剖面Half-Vivaldi天线孔径。该天线孔径由Half-Vivaldi天线和金属地板组成,与Vivaldi天线相比,设计的天线孔... 详细信息

为了减小天线剖面,以满足实际工程应用需求,在传统Vivaldi天线的基础上,根据其工作机理和镜像原理,设计垂直极化端射的超宽带低剖面Half-Vivaldi天线孔径。该天线孔径由Half-Vivaldi天线和金属地板组成,与Vivaldi天线相比,设计的天线孔径具有明显的小型化效果。仿真优化了天线孔径的相关参数,仿真结果表明,天线在2.99~18.3GHz频带范围内满足电压驻波比小于2,相对带宽达143.66%;天线在2.99~17.1GHz频带范围内,随着频率升高增益逐渐增大,整个频段天线增益都保持在4.3dBi以上,最高可达10.3dBi。

关键词： Half-Vivaldi天线天线孔径超宽带端射垂直极化天线剖面减小

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高性能宽带宽波束平面端射圆极化天线的研究

高性能宽带宽波束平面端射圆极化天线的研究

作者：杨华权南京邮电大学

学位级别：硕士

端射圆极化天线由于其优良的特性,在全球卫星定位系统(GPS)、射频识别系统(RFID)等多通信领域有着广泛的应用。在实际的通信系统中,为了可以从各个方位接收到无线信号的来波,实现半球状的3dB轴比波束显得极其重要。如何设计一个既有半... 详细信息

端射圆极化天线由于其优良的特性,在全球卫星定位系统(GPS)、射频识别系统(RFID)等多通信领域有着广泛的应用。在实际的通信系统中,为了可以从各个方位接收到无线信号的来波,实现半球状的3dB轴比波束显得极其重要。如何设计一个既有半球状的3dB轴比波束,又有较高的前后比特性,同时具有端射特性、并且端射波束指向平行于天线所在平面的低剖面圆极化天线,是一个极具挑战性的难题。本文以实现上述特性波束天线为目标,采用一种半圆磁偶极子和“V形环”的组合天线的方案,然后将天线制成实物,并通过实验测量天线的相关特性,得出的实验结果与预期的基本一致。主要工作包括:1.本文以设计具有高性能宽带宽波束平面端射圆极化特性的天线为目标,探索圆极化天线的基本设计思路,基于理论分析得出初始的天线结构即平面半圆磁偶极子和“V形环”的组合结构,建立该组合天线的等效源模型,分析其工作的基本原理并根据理论分析的结果进一步推导天线的设计准则。2.利用上述分析方法得到天线的基本参数尺寸,使用数值仿真软件,优化设计出性能最优的天线模型,然后制作天线样品。3.对制作的天线样品使用Agilent’s 8720ET矢量网络分析仪和Satimo Starlab近场天线测试系统测量天线的实际辐射性能,仿真和实际测量结果吻合得较好,充分地证明了该组合天线设计思路的正确性。工作频率为2.4GHz天线样品测量结果在2.25-2.50GHz频带内反射系数小于-10 dB,频率为2.35GHz时,在俯仰面面和方位面的3dB轴比波束分别为180°和115°。此外,测得的前后比达到13.7dB。与仿真结果较为吻合,符合RFID系统和其他通信系统的使用要求。

关键词：圆极化天线宽波束宽带前后比端射方位面

基于集成基片间隙波导的三维端射型电磁偶极子天线研究

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基于集成基片间隙波导的三维端射型电磁偶极子天线研究

作者：曾源坤云南大学

学位级别：硕士

2021年5G发展迎来喷井之年,信息数据爆炸式发展,智能终端数量指数级增长,各类无线通信研究向毫米波频段进军,以5G为代表的新兴技术在不断构建社会、经济、产业的新格局。电磁偶极子天线(magneto-electric dipole antenna,ME)具有宽带、... 详细信息

2021年5G发展迎来喷井之年,信息数据爆炸式发展,智能终端数量指数级增长,各类无线通信研究向毫米波频段进军,以5G为代表的新兴技术在不断构建社会、经济、产业的新格局。电磁偶极子天线(magneto-electric dipole antenna,ME)具有宽带、高增益、较好交叉极化和前后比等优点,E面和H面具有相似形状的方向图,在无线通信系统中有广泛的应用,是5G毫米波通信具有很大发展潜力的天线类型。集成基片间隙波导(Integrated Substrate Gap Waveguide,ISGW)作为一种低损耗、易集成、封装效果好的新型波导结构在阵列天线设计中具有独特优势。而具有端射方向图的天线在5G环境中更加适用,尤其是移动终端等各种智能设备。因此研究适用于毫米波频段具有端射特性的天线具有很大的实用价值。本文基于ISGW结构设计三维端射型电磁偶极子天线:(1)设计基于新型ISGW馈电的三维结构端射型ME单天线。改进传统平面电磁偶极子馈电方式,以垂直T型馈线构造环形天线,等效为磁偶极子,水平贴片作为电偶极子。采用ISGW结构封装的微带线以垂直馈电方式,实现了三维结构的端射型ME单天线,具有宽带、高增益和较好交叉极化和辐射方向图等性能。实验仿真结果显示,工作带宽21.8～30.4GHz(相对带宽32.6%),9d Bi的稳定平坦高增益,增益波动小于1.1d Bi,交叉极化小于-28d B,天线前后比大于23d B,具有很好的端射特性,整体尺寸18×16.8×12mm,结构简单、小型化、易于集成。该天线在毫米波通信中具有很大优势。(2)设计基于集成基片间隙波导的4端口和8端口馈电网络。基于ISGW结构封装的T型结功分器,采用多级阻抗匹配和切角方式,分形拓展设计3级功分器,设计满足天线带宽要求的功分器性能。最后整合形成4端口和8端口馈电网络,带宽范围分别为:22.8～30.7GHz和23.7～30.2GHz,插入损耗和相位差较小,S参数性能稳定,尺寸为50.4×35×1.549mm和88.8×35×1.549mm,该馈电网络具有小型化、集成化、低损耗、易加工的优点。(3)设计基于集成基片间隙波导的三维端射型电磁偶极子阵列天线。在所设计的单天线和多端口馈电网络基础之上,按照阵列天线原理,采用均匀直线阵,设计三维结构集成基片间隙波导电磁偶极子4阵列和8阵列天线。分别实现了31.5%和34.6%的相对带宽,14d Bi和18d Bi的稳定平坦高增益,最高增益为14.3d Bi和18.54d Bi,增益波动小于1d Bi,具有较好交叉极化特性和方向性,整体尺寸分别为50.4×35×16mm和88.8×38.4×16mm。最后总结归纳了基于ISGW结构该类阵列天线的设计流程。

关键词：集成基片间隙波导端射电磁偶极子天线阵列天线

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宽波束平面端射圆极化天线的研究

宽波束平面端射圆极化天线的研究

作者：尤曼南京邮电大学

学位级别：硕士

关于圆极化天线的研究具有悠久的历史,基于圆极化波的诸多特点,故在电子侦察和干扰、雷达的极化分集、卫星导航、通信系统和射频识别系统(RFID)中普遍采用圆极化天线。对于圆极化天线,3dB轴比波束宽度是一个重要的性能指标,在实际的通信... 详细信息

关于圆极化天线的研究具有悠久的历史,基于圆极化波的诸多特点,故在电子侦察和干扰、雷达的极化分集、卫星导航、通信系统和射频识别系统(RFID)中普遍采用圆极化天线。对于圆极化天线,3dB轴比波束宽度是一个重要的性能指标,在实际的通信中,为了能从各个方向接收到无线信号的来波,实现接近或超过180°的3dB轴比波束显得尤为重要。为了获得较宽的圆极化波束,以往的圆极化天线往往用到较复杂的非平面结构或者附加馈电网络(如:功分器和定向耦合器)的旋转对称结构,它们多具有边射或垂直于天线主平面的端射波束。如何设计既具有很宽的3dB轴比波束,又具有端射特性、并且端射波束指向平行于天线所在平面方向的低剖面圆极化天线,一直是挑战性的难题。本文致力于实现上述要求为目标,尝试一种新型的宽波束平面圆极化天线的制作方法——对称开口环组合天线,本文的主要工作包括:1.本文以设计具有端射特性的宽波束平面圆极化天线为目标,首先分析了如何产生一个定向宽波束,然后探索一个基本圆极化天线的设计思路,最后基于理论分析得到初步的天线结构即平面磁偶极子和V形开口环进行组合设计,建立该组合结构的等效源模型,推导出远区电场分布情况,分析工作原理并根据理论分析结果推导基本设计准则。2.进一步地推导出轴比闭合表达式,该表达式包含了两个自由度,并用Ansoft HFSS仿真软件验证其正确性。然后制作了两个天线样品,其工作频率分别为2.4GHz和5.8GHz。3.制作的天线样品使用Agilent’s 8720ET矢量网络分析仪和Satimo Starlab近场天线测试系统测量天线的实际辐射性能,仿真和实际测量结果吻合较好,充分地证明了该设计思路的正确性。工作频率为2.4GHz天线样品测量结果在2.27-2.75 GHz频带内反射系数小于-10 dB,在2.42GHz-2.48GHz频带内,3dB轴比波束张角都大于220°,平均增益为1.5dBic,且具有端射特性,满足RFID系统和其他通信系统等使用要求。

关键词：圆极化天线宽波束宽带天线开口环端射

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高方向性平面端射圆极化天线的研究

高方向性平面端射圆极化天线的研究

作者：王康南京邮电大学

学位级别：硕士

由于圆极化波可以抑制多径损耗和极化失配等优点,故在可穿戴天线、卫星导航和射频识别系统(RFID)中广泛应用。对于圆极化天线,在端射方向的方向性是一个重要的性能指标,为了获得较高的方向性,以往的圆极化天线往往用到较复杂的非平面结... 详细信息

由于圆极化波可以抑制多径损耗和极化失配等优点,故在可穿戴天线、卫星导航和射频识别系统(RFID)中广泛应用。对于圆极化天线,在端射方向的方向性是一个重要的性能指标,为了获得较高的方向性,以往的圆极化天线往往用到较复杂的非平面结构或者附加额外的介电镜头,它们通常具有复杂的天线结构和庞大的体积。因此如何设计既具有高方向性、结构简单和剖面低等优点,同时又具有平行于天线所在平面方向的端射波束的圆极化天线,一直是挑战性的难题。本课题着力于解决圆极化天线中普遍存在的方向性系数不高和剖面较大等问题,在结构简单的基础上提出一种新型的高方向性平面端射圆极化天线的设计思路——工作在高阶模的V形振子天线,本文的主要研究包括:1.本课题以设计具有高方向性的平面端射圆极化天线为目标,进行一系列的研究。首先探索了产生定向高方向性的机理,然后研究本课题目标圆极化天线的设计思路,最后基于理论分析得到原始的天线结构即矩形平面磁偶极子和V形电偶极子,分析其工作原理。2.在保持天线的高方向性的前提下,进一步设计小型化天线,用V形振子的偏心距离代替原来的1/4波长相位转换线来产生合适的相位差并且可以减少天线的剖面面积。研究该天线方向性的主要决定参数,并用Zeland’s IE3D仿真软件验证其正确性。参数分析后得到最优参数,然后手工制作了一个工作中心频率为2.6GHz的天线样品。3.通过使用安捷伦Agilent’s 8720ET矢量网络分析仪和Satimo Starlab近场天线测试系统来验证天线样品的阻抗特性、方向图和轴比等实际辐射性能,经过对天线样品的测量后发现理论计算、仿真和实际测量结果吻合较好,这也进一步证明了本课题设计思路的正确性。本研究天线的工作频率为2-3GHz也即蓝牙和wifi频段,天线样品的实际测量阻抗带宽为2.56-2.69 GHz,圆极化波覆盖2.12GHz-2.77GHz总共650MHz,圆极化带宽很好地覆盖了阻抗带宽,并且在结构简单体积小的前提下实测增益最大达到6.1dBic,因此本文研究出的天线可以适用于人口密度较大地区(如学校、小区和超市等)的基站天线的设计,并且也满足工业科学医疗医疗可穿戴天线和RFID系统使用要求。

关键词：高方向性圆极化天线平面天线端射