论文总字数：20387字

目录

第一章绪论 4

1.1研究背景与现状 4

1.2圆极化天线的应用 4

1.3 可重构天线的应用 4

1.4论文内容及工作安排 5

第二章微带天线的原理及技术 5

2.1微带天线的定义 5

2.2微带天线的辐射机理 5

2.3微带天线的一般分析方法 6

2.2.1传输线模型理论 6

2.3.2腔体模型方法 7

2.3.3积分方程法 8

2.4微带天线的馈电 8

2.4.1微带线馈电 8

2.4.2同轴线馈电 9

2.5微带天线的基本参数 9

2.5.1微带辐射贴片的尺寸计算 9

2.5.2辐射场 10

2.5.3输入导纳 11

2.5.4方向性系数 12

第三章圆极化微带天线的技术理论 12

3.1 圆极化微带天线原理 12

3.2 圆极化微带天线的优点 13

3.3圆极化微带天线特性参数 13

3.4圆极化微带天线的实现技术 13

3.4.1单馈法 14

3.4.2多馈法 15

3.4.3多元法 16

3.5可重构圆极化微带天线 17

第四章左右旋圆极化可重构微带天线的仿真 17

4.1仿真软件简介 17

4.2圆极化微带天线的仿真与优化 18

4.3馈电网络的设计与仿真 21

4.4圆极化可重构微带天线的仿真 24

4.5天线实测结果 25

第五章全文总结 27

参考文献 28

致谢 29

第一章绪论

1.1研究背景与现状

近年来，科学技术不断飞速发展，人类步入了信息化社会，无线通信技术也深入到了人类生活中的方方面面，人们对无线通信技术的服务需求也在不断增加，比如：手机、WLAN无线网卡、蓝牙和GPS等。天线（Antenna）被用来接收并且发射电磁波，是无线电系统中极其关键的一部分。天线主要是用来转换能量，并且定向辐射和接收信号。其各种性能极大地影响着无线通信的运行特性，所以，对于无线电通信系统，天线的作用至关重要。天线已经出现了一百二十多年，天线的理论与实际应用也不断发展，日趋成熟，但是科技的步伐永远不会停步，因此，当前天线还需要满足进一步的需求。

1.2圆极化天线的应用

时代在进步，科技在不断改变人们的生活，人们对科技的要求越来越高，天线是许多产品中都必须采用的科技，也在不断改进。早前单纯的线极化的天线使用限制极大，圆极化天线就随之产生了。圆极化（CP）天线又分成左旋圆极化（LHCP）天线和右旋圆极化（RHCP）天线。它发展自线极化（LP）天线，是一种特殊形式的椭圆（EP）极化天线。圆极化天线被大量运用在导航、通信、雷达、广播、电视和遥测等设备中，比如，在雷达中，采用圆极化天线能够有效减少来自雨雾的影响；在广播中，使用圆极化天线能够增加信号到达的范围，使信号能被更远处的目标较好的接收到，并且减少由于多路径传播引起的重影；在遥测时，也能够明显地帮助减少来自极化畸变干扰，减少信号损耗。因而，圆极化天线的使用前景非常可观，它能为我们的科技进步带来非常重要的影响，研究它就具有着非常重要的意义。

1.3 可重构天线的应用

随着无线通信的发展,目前,提高系统功能和内存,扩大系统带宽成为越来越重要的发展目标,这不但能够满足日益增长的需求,而且能够减少系统的成本。然而,随着通信系统往更高功能，更高要求方向前进，就导致了在同一载体上负载的了更过的子系统。由于无线系统是信息接入天线的必经之路，它的数量就增加了，这也就提高了系统的复杂性和成本，此外，为了减少噪声干扰，实现较好的电磁兼容性，天线的数量和复杂度应该被限制在一定范围内。所以天线的数量约束着通信系统的发展。为了解决这个问题，减少通信系统的特性受到的天线本身的限制，“可重构天线”（Reconfigurable Antenna）的概念就诞生了。可重构天线是通过改善已有天线的结构与大小，让它在一个天线上获得更多天线功能，换言之，就是多个天线共享同一个口径。研究可重构天线的目的是使它可以随时调整它的性状以达到在多频带、多模式下运行的功能，满足多种设计需求。

1.4论文内容及工作安排

本论文主要对左右旋圆极化可重构天线的设计与研究。论文的具体内容安排如下：

第一章先了解当前天线的发展状况，介绍了圆极化与可重构天线的应用背景；接着指出了本论文的主要工作和研究内容；

第二章介绍了微带天线的辐射机理，论述了其馈电方法，并以矩形微带天线为例，介绍了天线的一些特性参数；

第三章介绍了圆极化天线的原理及优点，阐述了其特性参数及实现技术，并简单介绍了极化可重构天线的实现方法。

第四章介绍了本人设计仿真优化圆极化可重构天线的过程，制作了天线实物，并给出了过程中所有的结构，原理，性能及实物图。

第五章对本次天线的设计做出了总结，也对设计天线过程的一些问题做了分析与思考。

第二章微带天线的原理及技术

2.1微带天线的定义

最早于1953年，Deschamps就初次提出微带天线（Microstrip antenna）这个概念，发展和使用起来却是在70年代之后。微带天线是在一个介质基片的一面敷上金属辐射片，在另一面全部敷上薄金属层作为接地板制作而成，它的厚度远小于工作波长。辐射片可以设计成各种形状以满足不同的设计要求。由于微带天线由包含体积小，易集成，易制造等优点，已被大范围使用在无线通信系统中。

2.2微带天线的辐射机理

用图2.1可以对微带天线的辐射机理做简单介绍。根据传输线模型理论，可以分析图2.1(a)中的贴片天线的性能。若介质基片厚度为，波长为，记辐射贴片的宽度为，长度约为半个波长。把金属接地板、介质基片以及辐射贴片视为的微带传输线。微带传输线接在断路两端。因为介质基片的工作波长远大于它的厚度（），所以在厚度上向上，电场基本不变，且在辐射贴片宽度方向上，电场也基本不变。图2.1（b）显示了传输线的场结构图，如果只计算主模激励（模），天线的辐射大致可以视为是由天线的辐射贴片边沿以及接地板间的边沿引起的。电场在开路端基本可分解为垂直分量及水平分量。因为辐射贴片长度，所以电场与水平方向分量相同，与垂直方向分量相反。水平方向分量的电场可近似为同相激励的两个长为，宽为（），且相距的缝隙。这两个缝隙就相当于一个二元阵，它的电场与方向垂直，均匀分布在方向上。

图2.1 微带天线及其等效电路

2.3微带天线的一般分析方法

微带天线的一般分析方法可以分为:传输线模型、空腔模型和积分方程分析方法。出现最早的是用作分析矩形贴片天线相对简易的传输线模型分析方法。空腔模型分析方法是在满足工作波长远大于天线厚度的条件下，用作分析各形状贴片天线且相比于传输线模型分析方法为严格的分析方法，也是一种被广泛应用的分析方法。积分方程分析方法比传输线模型和空腔模型分析方法更严格和复杂。尽管分析微带天线可以采用全波理论，但这种分析方法在实际应用中会很大程度受到模型在时间以及精度上的限制。下面将简单的介绍下这三种分析方法。

2.2.1传输线模型理论

Munson·Derneryd首先提出了微带天线的传输线模型分析方法理论。传输线模型分析方法计算量较小，被广泛使用在工程应用中。微带传输线在整个开放的空间结构中都分布着辐射电磁场。微带传输线传输的是混合模而不是单纯的模。传输线模型在传输波长远大于介质基板厚度且频率较低，在10GHz以下时，传播准模，且在介质基板中存在着大部分的能量。