高方向性平面端射圆极化天线的研究

发布时间：2020-04-09 19:15

【摘要】：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。
【图文】：

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学位硕士论文交但是幅度相等的线极化分量，然后使用相移线等使其时间相位也相原理的不同，圆极化天线的设计方法可以分成以下四种：互补天线的、旋转对称结构天线和交叉振子天线。互补天线的叠加[12-14]，，这种组合天线大多使用印刷条形天线和缝隙天的组合[13]等。通过使用这两种不同单元的叠加，天线可以实现宽边极化性能。如图 1.1(a)(b)所示，相控阵圆极化天线[14]是由于偶极子和的线极化分量所以可以实现较好的圆极化现象，通过将偶极子放在缝同时对偶极子和缝隙天线馈电。但是这种天线结构是三维立体结构，

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论文天线，首先通过孔径产生的垂直极化分量和振子产生的化分量等幅激励，然后通过相位转换线产生合适的的相生圆极化现象。基于正交磁偶极子结合的天线[15]可以产简单的互补天线[16]被提出，互补天线是一种最典型的振图 1.2，位于天线左侧的孔径即磁偶极子产生垂直于天线侧的印刷振子即电偶极子产生的是平行于天线所在平面转换线引进合适的相位差来产生端射方向的圆极化。选振子相对于天线表面的不同摆放位置，可以产生相应的线高度较低是平面结构，但是其阻抗带宽最多只有 2.41
【学位授予单位】：南京邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN821.1

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