圆极化天线的研究与设计.doc

圆形左旋圆极化天线的研究与设计南京邮电大学 电子与通信工程 1215022707陈俊霖摘 要：作为通信的重要组成部分，微带天线近年来成为天线领域的研究热点之一。除了满足设计技术要求之外，同时还需满足低成本、低复杂性和小型化的要求。基于上述考虑，本次设计主要完成的工作如下：设计以一款在对角线方向切角的圆形左旋圆极化天线，经过仿真，所得到的天线达到了设计目标，均具有良好的圆极化特性，并具备较稳定的辐射特性。关键词: 微带天线;圆极化;左旋;一、绪论随着无线通信技术的发展，微带天线技术在通信领域引起了极大的关注，需要设计小型化、低成本、低复杂性的微带天线。在过去的十年中，人们一直专注于圆形贴片天线的小型化，这种小型化可以通过在贴片中引入对称孔隙。这些方法使电流路径更加蜿蜒，因此贴片尺寸在保持谐振频率不变的情况下可以得到减小。除此之外，非对称的设计已被提出，比如在正方形贴片上挖圆形孔的非对称结构。本文主要从如何设计满足带宽要求的印刷天线展开讨论。二、方形圆极化天线的设计平面印刷天线按照金属贴片的形状可分为矩形印刷天线、圆形印刷天线、环形印刷天线等。本节描述了圆形圆极化天线的设计，该天线在对角线方向切去两个角。该天线用商业的电磁场有限元建模软件（HFSS）设计建模。建模允许对设计的几何形状进行调整，以确保在相同的谐振频率的条件下来优化其它特性，如轴比和回波损耗的带宽。天线使用FR4这一材料的基板。这种材料厚度为2毫米，相对介电常数为4.4，介电损耗角正切为0.02。天线制造在矩形FR4基板上，其尺寸为：75.0065.002（长宽厚度，以毫米为单位）。一个切角圆极化方形天线得到设计。该天线的边长L，通常略比基本的谐振频率的半波长小一些。 (1) (2)(3) (4)式中，为谐振频率。此天线的切角c与贴片边缘长度有关，通过下面的等式确定 (5)其中Q0表示天线损耗的无载品质因数。馈电点位置的确定初始值按照下式计算 (6)(7)天线的结构如图1所示。图1 天线结构图三、仿真分析该天线使用HFSS进行仿真，设置初始值并进行优化后得到如下结果。图2 天线的反射系数图3 天线的轴比图4 天线的三维辐射方向图四、总结和展望本文尝试设计一款圆极化天线，测试结果显示确实为圆极化天线，符合设计要求，且都具较好的辐射特性。另外，后续的工作可以考虑以下两个方面：通过其他一些频带拓宽的技术，以提高天线在更宽频带的性能。参考文献1 N.P. Agrawall, G. Kumar and K.P. Ray, “Wide-band planar monopole antennas,”IEEE Trans.Antennas Propag., vol. 46, no. 2, pp. 294-295, Feb. 1998.2 Z.N. Chen, M.J. Ammann, M.Y.W. Chia and T.S.P. See, “Annular planar monopole antennas,”IEE Proc. Microw. Antennas Propag., vol. 149, no. 4, pp. 200-203, Aug. 2002.3 M.J. Ammann and Z.N. Chen, “A wide-band shorted planar monopole with bevel,” IEEE Trans.Antennas Propag., vol. 51, no. 4, pp. 901-903, Apr. 2003.4 Z.N. Chen, “Novel bi-arm rolled monopole for UWB applications,” IEEE Trans. Antennas Propag., vol. 53, no. 2, pp. 672-677, Feb. 2005.5 D. Valderas, I. Cendoya, R. Berenguer and I. Sancho, “A method to optimize the bandwidth of UWB planar monopole antennas,” Microw. Opt. Techn. Lett, vol. 48, no. 1, pp.155-159, Jan.2006.6 M.Koohestani, “Miniature microstrip-fed ultra-wideband printed monopole antenna with a partial ground plane structure”, IET Microwaves,Antennas & Propagation, April 2011；7 Azim,R.,Islam,M.T.,Misran,N.:Ground modified double-side printed compact UWB antenna,Electron.Left.,2011,47,(1),pp.9-11.8 Shi-Wei Qu, Chengli Ruan, Member, IEEE, and Bing-Zhong Wang, “Bandwidth Enhancement of Wide-Slot Antenna Fed by CPW and Microstrip Line”, IEEE Antennas and Wireless propagation Letters, vol. 5, 2006.9 B. Kasi, C.K. Chakrabarty, “Ultra-Wideband antenna array design for target Detection”, Progress In Electromagnetic Research C, Vol. 25, pp.67-79, 2012.10 Zhaohui Huang, Xian Jiang,” Design of a Directional Ultra-Wideband Planar Antenna Array”, 9th International Symposium on Antennas Propagation and EM Theory, pp. 53-56