论文总字数：18927字

目 录

1 绪论 1

1.1 研究背景和意义 1

1.2 研究现状 1

1.3 本文工作内容 2

1.4 本章小结 2

2 天线基础 2

2.1 引言 2

2.2 天线的性能参数 3

2.3 微带天线基本理论 4

2.3.1 微带天线概述 4

2.3.2 微带线有效介电常数、特征阻抗 5

2.3.3 微带辐射贴片尺寸估算 6

2.3.4 辐射场 7

2.3.5 输入导纳 7

3 线极化与圆极化可重构天线的设计与分析 8

3.1总体设计要求 8

3.2 微带天线设计 9

3.3 本章小结 11

4 HFSS仿真设计及实现 11

4.1 天线设计与仿真分析 11

4.2 实现线极化与圆极化之间的相互转换 16

4.3 天线的优化 18

4.4 天线实物及参数测量 19

4.5 本章小结 21

5 总结与展望 21

5.1总结 21

参考文献 23

致谢 24

线极化与圆极化可重构天线的设计与研究

彭鸣达

, China

Abstract: A microstrip patch antenna with linear polarization and circular polarization is designed in this paper. It consists of a dielectric substrate and a metal patch, a 1/4 wavelength impedance converter and a microstrip line. The antenna's port excitation is excited by a lumped port and the impedance is 50ohm. The frequency sweep frequency of the antenna is 1.5 to 3.5GHz and the center frequency is 2.45GHz, so that the same antenna can have two polarization modes of linear polarization and circular polarization. Then we also need to combine the circular polarization feed network and the linear polarization into one port, and add a diode to the port to replace the switch on both sides of the port, and the polarization can be reconfigurable by the switch of the diode.

Keywords: microstrip line、polarization、reconfigurable antenna

1 绪论

1.1 研究背景和意义

现如今人类社会伴随着科学技术的不断发展和进步，已经踏入了信息社会。作为信息社会的重要标志，通讯技术在以往几十年中取得了长足的提高，其运用已然渗透到人类生活的各个方面。现代通信技术共可分为两种类型，分别是有线传输和无线传输。目前，有线传输在日常生活中的应用有固话、有线电视和有线互联网。无线视频监控系统、以及各种军用或者民用的雷达都是无线传输。其中，无线通信在现代通信领域发挥着越来越重要的作用，并具有自身的优势。

现如今，雷达以及通讯系统的发展都很大。为了实现通信、制导、导航和警戒的目的，航空器和舰船等载体上的天线数量不断增加，载荷的重量不断增加，使得天线的建造成本需要不断提高。另外，随着同一载体上天线密度的增加，会加剧天线之间的电磁耦合干扰，严重的会使得天线无法正常工作。在降低通信系统成本、降低雷达截面、减轻重量、实现优良电磁兼容性等方面，这种现象有很大的危害。而正是由于这种种原因，所以成为了现如今的通讯系统在发展和运用过程中的掣肘。

由于现如今天线的发展迅猛，就会出现上文提到过的天线数量和重量不断增加的问题，因而人们就希望可以只通过使用一个天线就能够使其达到两个或者更多天线的功能。所以我们对于一个天线，要想让它具有多个天线功能，就可以动态的改变其物理尺寸的大小，这也就是相当于数个天线共用了一个物理口径。这将有助于减轻通信系统的重量，降低通信系统的整体成本，减少雷达的散射截面，并且避免多天线之间的电磁兼容性的问题。正是因为需要考虑到这些方方面面的事情，“可重构天线”这一概念就应运而生了，而且也取得了巨大的进展。而我们对于可重构天线进行研究，就是为了让一个天线可以根据我们不同的需求而能够实时的重构天线特性^[1-2]。

首先，我们要明确，可重构天线必然是未来天线的发展趋势，它能够让天线往小而精的方面进步，同时，天线的功能反而变得更加强大。而极化可重构身为其中的一种类型，也是同样的。而我们对于极化可重构天线进行一定的研究，就可以对其有一定的认知。

1.2 研究现状

国内在可重构天线方面的研究还是处于起步阶段。鉴于可重构天线的新概念和难点概念以及缺乏相关的基础研究，目前对可重构天线的有效分析和设计还没有全面的理论和方法。

根据可重构天线的相关研究，可重构天线根据功能可分为以下几种类型：第一种其方向图不变而频率可调，这种天线称为频率可重构天线，而其工作频率就是多样化的，不仅可以工作在宽频带，还可以在多频段工作。第二类是具有频率不变的方向图可重构天线，其最大辐射方向具有扫描特性。第三类就是频率和方向图两种均可重构天线。第四是极化可重构天线，其在工作时的频率和方向图会保持不变。下面就简要介绍一下极化可重构天线的研究现状和工作原理。

极化可重构天线在工作时的频率和方向图会保持不变。这种天线在极化分集、频率复用^[3]，极化调制^[4]等方面有着重要的应用价值。现如今，人们对于极化可重构天线的研究给予了较多的关注度，并且也在极化可重构天线方面获得了一定的成果。就目前而言，已经提出了许多不同种类的极化可重构天线的结构。对极化可重构天线进行分类的画，目前大体可以分为三类：极化正交的两个线极化方式之间切换；左旋、右旋两种圆极化方式之间的切换；两种圆极化与线极化之间的切换。

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