论文总字数：17890字

目 录

1 引言 1

1.1 研究意义 1

1.2 研究现状 1

1.3 本文工作内容 3

2 天线设计基础 3

2.1 天线主要特性参数 3

2.1.1 方向图 3

2.1.2 增益 4

2.1.3 输入阻抗 4

2.1.4 天线的极化 5

2.1.5 天线的带宽 5

2.2 宽带天线的设计 6

2.3 双极化天线的设计 7

2.4 微带天线的设计 7

3 宽带双极化天线的研究与设计 10

3.1 宽带双极化天线的结构设计 10

3.1.1 选取合适的介质板 10

3.1.2 馈电方式选择 10

3.1.3 天线结构及参数 10

3.2宽带双极化天线的仿真过程及结果讨论 12

3.2.1 天线基本单元的仿真优化 12

3.2.2 天线整体结构的仿真优化 14

3.2.3 天线软件仿真结果 17

3.3宽带双极化天线的实物制作与测试结果 18

3.3.1 天线实物制作过程 18

3.3.2 天线实物测试结果 20

4 宽带双极化天线的拓展 21

4.1 圆极化天线的结构设计 21

4.2 圆极化天线的仿真结果 22

5 结论与展望 23

参考文献： 24

致谢 25

宽带双极化天线的研究与设计

赖政阳

, China

Abstract: With the gradual maturity of 4G communications and the rapid development of 5G communications, the performance requirements for antennas in the communications industry are beginning to diversify and become integrated. Wideband dual-polarized antennas integrate two characteristics of antennas, and currently have a wide range of applications in the field of communications. This paper combines the technology of microstrip patch antenna and designs an aperture-coupled broadband dual-polarization microstrip patch antenna, and this paper gives its characteristics and main performance analysis. Compared with the traditional wideband dual-polarized antenna, the innovation of this design is that in order to obtain a wide bandwidth, an air layer is added between the stacked patches. In order to obtain a higher degree of design freedom, H-shape aperture is used, The design bandwidth reaches 0.88GHz and a 90° wideband phase shifter is combined to make a circularly polarized antenna.

Key words: broadband; dual polarization; microstrip antenna; aperture coupling;

1 引言

1.1 研究意义

随着无线通信技术的蓬勃发展，天线充当着打开无线通信大门的钥匙的角色，它能够把传输线上传输的导行波转换成空间传输的电磁波，由于天线存在互易性，故也可以把空间传输的电磁波转换成传输线上传输的导行波，因此天线既可辐射信号也可接收信号^[1]。

图1.1 空间电磁波与电路导行波转换示意图

电磁波在空间传输过程中，其传输路径不是一条直线，而是会遇到诸如楼房、山丘等诸多障碍物的阻隔，不能直接到达接收端，这导致了接受天线会接收到折射、反射和直射等几条不同路径到达的电磁波，这就是多径传播现象，由于多径传播的原因，导致电磁波的空间分布变得十分复杂，各个地方的信号强弱不一致，而且电磁波的极化方向也会产生改变，由此在无线通信中的极化分集技术就应运而生，它指的是把水平极化和垂直极化这两种不同极化方式的天线集合在一条天线上，由此产生的双极化天线上就可以接收两路不同的信号，使天线的工作效率更高，结构更为紧凑。

同时，由于宽带天线的工作带宽通常在0.5GHz以上，相较于普通天线来说其在频率上有很宽的能量谱，系统容量也由之增加，这使得宽带天线能够进行高速率无线传输，此外，宽带天线的发射功率比较低，对于整个传输过程来说，仅仅相当于一些背景噪声,因此它对其他窄带系统的干扰不大，共存性较好，可以与其同时运行，也就是能够和其他系统共享频谱资源，这无疑提高了频谱利用率。

综上所述，如果能把宽带天线和双极化天线这两种技术集合到一个天线上，做成宽带双极化天线，则这种新型天线不仅集合了二者的优势，而且还降低了天线的占空体积，势必会带来极大的使用价值。

1.2 研究现状

双极化天线初期的研究分水平极化和垂直极化两个方面进行，通常其结构是由两个单极子天线组成，其中一个单极子天线用的是同轴馈电的方式形成垂直极化，另一个单极子天线用的是微带线馈电的方式形成水平极化，二者结合从而形成双极化^[2]。20 世纪 90 年代初，双圆极化天线的设计概念被提出，该天线是左旋圆极化天线和右旋圆极化天线的结合体。随着低剖面微带天线技术的发展，人们将垂直水平正交的双极化天线发展成为±45°正交的双极化天线。1995 年 Y. M. M 等设计出C 波段探针馈电双极化微带天线，该天线的两个极化端口都采用探针馈电的形式，从而实现了双极化，其结构如下图1.2.1所示，2000年Mak提出了L型探针耦合馈电的双极化微带天线，因为探针与贴片之间存在耦合电容，这将会把探针引入的电感进行抵消，相比于探针馈电双极化微带天线，该提高了天线的端口隔离度，其结构如下图1.2.2所示。

剩余内容已隐藏，请支付后下载全文，论文总字数：17890字