宽带圆极化微带天线的设计与实现

发布时间：2020-05-24 21:19

【摘要】：近年来无线通信网络密度不断增加,设备之间通信呈多元化,传统的星型网逐渐向网状网发展,使得单点对多点的通信散区不断扩大。传统的线极化天线由于对天线方向性要求高的缺点制约了无线网络的发展,采用圆极化天线可以很好地解决这一难题。其中圆极化微带天线由于其低剖面、易集成、抗干扰强、方向性不敏感等众多优势,更是被广泛研究。但普通圆极化微带天线带宽窄的缺点限制了其应用。为此,设计宽频带圆极化微带天线成为无线通信等领域的重要研究课题。本文详细阐述了微带天线和圆极化物理特性,重点提出了两款宽带圆极化微带天线,一款是共面波导(CPW)馈电的宽带圆极化微带天线,另一款是宽缝隙临近耦合馈电的宽带圆极化微带天线。每款天线都从结构分析、模型建立、主要结构参数对天线性能的影响、天线带宽的优化等几个方面进行了着重研究,并在最后对天线进行了实物制作,给出了每款天线的仿真结果与回波损耗实测结果。设计的CPW馈电的宽带圆极化微带天线,占用面积为40*40mm~2,是由“人型”馈电端、接地板、单层介质基板构成的,其中“人型”馈电端左上角和右下角的“L型”微带条构成该圆极化微带天线的简并分离单元,通过调整馈电端的微扰枝节激发正交模来辐射圆极化波。仿真结果表明:该天线谐振频点为2.45GHz,天线的最大增益为2.7dBi,-10dB阻抗带宽覆盖了从2200MHz至3400MHz共1200MHz,相对带宽达到了约42.8%。天线3dB轴比带宽覆盖了从2250MHz至2600MHz共350MHz,相对带宽约为14.4%。使用网络分析仪对天线实物进行了阻抗带宽的测试,测试结果显示天线实际阻抗带宽覆盖范围为2250MHz至3400MHz,共1150MHz,满足频宽要求。并搭载到无线通信设备上进行了通信距离测试,正常通信的距离为150米左右。接下来采用宽缝隙临近耦合馈电的方法进一步扩展圆极化微带天线的带宽。该天线的占用面积为41*41mm~2,主要由天线底部的微带馈线、顶部的辐射贴片和介质基板构成。该天线的谐振模是通过顶部辐射片两个90°“L型”结构激发,最终辐射圆极化波。仿真结果显示:该天线最大增益为3dBi,提高了0.3dB,阻抗带宽覆盖了2050MHz至3900MHz共1850MHz,提高了650MHz。3dB轴比带宽覆盖了从2100MHz至2600MHz共500MHz,提高了150MHz。天线的测试结果表明:阻抗带宽覆盖了从1800MHz至3900MHz共2100MHz,相比提高了950MHz。该天线搭载到无线通信设备上通信距离可以达到200米。本文设计的两款宽带圆极化微带天线满足宽频带要求,同时具有较好的双向圆极化辐射能力和一定的实际应用价值,为后续圆极化微带天线的宽带化研究提供了一种解决方案。
【图文】：

图 2.5 线极化和圆极化以及椭圆极化电场矢量随时间变化轨迹电场矢量的旋转是有方向的，与圆极化天线的结构有关系着天线辐射电磁波的方向上观察，当观察到电场在顺时针的就是右旋圆极化波，，观察到电场在逆时针旋转时，天线

天线实物图
【学位授予单位】：重庆邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN822

【参考文献】

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1 胡明春,杜小辉,李建新;宽带宽角圆极化贴片天线的实验研究[J];电子学报;2002年12期

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3 洪振;宽带/双频带圆极化微带缝隙天线设计[D];西安电子科技大学;2012年

本文编号：2679007