口径耦合宽频圆极化天线设计

编号：题目：口径耦合圆极化微带天线设计学院：专业：学生姓名：学号：指导教师单位：姓名：职称：题目类型：理论研究实验研究√工程设计工程技术研究软件开发2012年12月25日摘要本文首先介绍了微带天线的几种理论分析方法，传输线模型理论，空腔模型理论和积分方程法。第三章接着讨论了微带天线的圆极化理论，圆极化波的性质，以及如何实现圆极化，重点论述了单点馈电，双点馈电的圆极化天线。第四章讨论了微带天线的宽频带和小型化技术，讲述了多种实现小型化和宽频带的方法。本文在第五章讨论小型圆极化天线的设计。运用了前面章节所述的基本理论，讨论了三种可以实现圆极化微带天线的方法，重点讨论了口径耦合馈电的圆极化微带天线的设计，通过对三种方法的比较，由于口径耦合馈电的方式较其他两种更有优势，最后制作了口径耦合馈电的天线实物，通过实际测量，成功的实现了2.9GHZ到3.3GHZ的带宽，并且在带宽范围内实现了较好的驻波比特性和辐射特性。关键词：圆极化；宽频带；微带天线；口径耦合AbstractThisarticlefirstintroducesseveraltheoriesofmicrostripantennaanalysismethod,thetransmissionlinemodelandcavitymodeltheoryandintegralequationmethod.Thenthethirdchapterdiscussesthetheoryofthecircularpolarizationmicrostripantenna,thenatureofthecircularpolarizedwave,andhowtoimplementcircularpolarization,focusonsinglepointfeedarediscussed,thetwopointcircularpolarizedantennafeeder.Thefourthchapterdiscussesthebroadbandmicrostripantennaandminiaturization,tellsthestoryofavarietyofwaystorealizeminiaturizationandwideband.Thisarticlediscussedinchapter5smallcircularpolarizedantennadesign.Utilizingthebasictheory,mentionedintheprevioussectiondiscussedthethreemethodcanrealizethecircularpolarizationmicrostripantenna,ofaperturecoupledfeedingismainlydiscussedinthedesignofthecircularpolarizationmicrostripantenna,bycomparingthreemethods,Duetotheaperturecoupledfeedingmethodshavemoreadvantagesthanothertwo,andfinallymaketheantennaaperturecoupledfeedingmaterial,throughtheactualmeasurement,thesuccessfulimplementationofthe2.9GHZto3.3GHZbandwidth,andwithinthescopeofthebandwidthachievedbetterstandingwaveratioandradiationcharacteristics.Keywords：Circularpolarization;Broadband;Microstripantenna;Aperturecoupling目录第一章绪论............................................11.1天线简介.....................................................11.1.1天线的出现及发展...........................................11.1.2天线的基本概念.............................................11.1.3天线的基本电参数...........................................1第二章微带天线........................................42.1微带天线的出现及发展.........................................42.1.1微带辐射器.................................................42.1.2微带天线的基本概念.........................................42.1.3微带天线的优缺点...........................................42.2微带天线的辐射原理...........................................52.3微带天线的基本分析方法.......................................62.3.1传输线模型理论.............................................62.3.2腔模理论...................................................82.3.3积分方程法..................................................82.3.4时域有限差分法（FDTD）.....................................9第三章微带天线圆极化技术.............................103.1圆极化波概述...............................................103.1.1圆极化波的产生............................................103.1.2圆极化波的性质............................................103.1.3圆极化微带天线的主要电参数................................113.2圆极化天线的实现...........................................113.2.1单馈电圆极化微带天线......................................113.2.2双馈点法圆极化微带天线....................................13第四章圆极化微带天线小型化和宽频带技术...............154.1圆极化微带天线的宽频带技术..................................154.1.1微带天线展宽频带的方法....................................154.1.2圆极化阵列天线............................................164.2微带天线小型化技术..........................................174.2.1微带天线小型化的方法......................................17第五章HFSS设计圆极化微带天线.........................195.1HFSS简介....................................................195.2圆极化微带天线的设计........................................195.2.1圆极化天线设计理论分析....................................195.2.2圆极化微带天线的设计仿真..................................21第六章结论...........................................29谢辞..................................................30参考文献..............................................30桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸第1页共35页第一章绪论1.1天线简介1.1.1天线的出现及发展德国卡尔斯鲁厄工学院的赫兹教授在1886年建立了第一个天线系统，他当时装配的设备如今可描述为工作在米波波长的完整元线电系统，其中采用了终端加载的偶极子作为发射天线，并采用了谐振方环作为接收天线。此外，赫兹还用抛物面反射镜天线做过实验。虽然赫兹是一位先驱者和无线电之父，但他的发明只停留在实验室的阶段。1901年12月中旬，意大利博洛尼亚一位20岁的研究者马可尼在赫兹的系统上添加了调谐电路，为较长的。自赫兹和马可尼发明了天线以来，天线在社会生活中的重要性与日俱增，如今已成不可或缺之势。天线无处不在:家庭或工作场所，汽车或飞机里，船舶、卫星和航天器的有限空间内，甚至可以由步行者随身携带。虽然各种各样的天线令人眼花缭乱，但它们都遵从相同的电磁场基本原理。1.1.2天线的基本概念天线（antenna)是一种变换器，它把传输线上传播的导行波，变换成在无界媒介（通常是自由空间）中传播的电磁波，或者进行相反的变换。在无线电设备中用来发射或接收电磁波的部件。无线电通信、广播、电视、雷达、导航、电子对抗、遥感、射电天文等工程系统，凡是利用电磁波来传递信息的，都依靠天线来进行工作。此外，在用电磁波传送能量方面，非信号的能量辐射也需要天线。一般天线都具有可逆性，即同一副天线既可用作发射天线，也可用作接收天线。同一天线作为发射或接收的基本特性参数是相同的。这就是天线的互易定理。1.1.3天线的基本电参数描述天线工作特性的参数称为天线的电参数（BasicAntennaParameters），又称电指标，它们是定量衡量天线性能的尺度。我们有必要了解天线的电参数，以便正确的设计和选择天线。（1）方向函数由电基本振子的分析可知，天线辐射出的电磁波虽然为一球面波，但却不是均匀球面波。因此，任何一个天线的辐射场都具有方向性。所谓方向性，就是在相同距离的条件下天线辐射场的相对值与空间方向的关系。桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸第2页共35页若天线的辐射辐射的电场强度为(,,)Er，把电场强度写成60|(,,)|(,)IErfr（1-1）其中I为归算电流，(,)f为方向函数，因此方向函数可以定义为：(,)f=|(,,)|60/ErIr（1-2）（2）方向图如果我们将方向函数用曲线描绘出来，称之为方向图。方向图就是与天线等距离处，天线辐射场大小在空间中的相对分布随方向变化的图形，一句归一化方向函数而绘出归一化方向图。在实际中，工程上常常采用两个特定的正交平面方向图。在自由空间中，最重要的两个平面方向图是E面和H面方向图。E面即是电场强度矢量所在并包含最大辐射方向的平面；H面是磁场强度矢量所在并包含最大辐射方向的平面。（3）增益系数增益系数表示了天线的定向收益程度，增益系数定义为：在同一距离及相同输入功率条件下，天线在最大辐射方向上的辐射功率密度maxS和理想无方向性天线的辐射功率密度0S之比，记为G，用公式表示如下：max0SGs（1-3）（