圆极化天线阵的仿真设计
毕业论文关键字 微带天线 圆极化 贴片天线 阵列 馈电
Title The simulation and design of Circular polarization micro strip antenna array
Abstract Compared to the conventional antenna, micro strip antenna with smaller volume and lighter weight, has been widely used in personal wireless communication。In recent years, the research about how to achieve circular polarization antenna with micro strip antenna has been very heated. The characteristics of circular polarized waves can not only facilitate the reception and transmission of the signal, but also can, meet the requirements of information in certain occasions and application conditions. Therefore, the circular polarization micro strip antenna with high performance is more widely applied than the standard micro strip antenna. The purpose of this project is to design a high gain, circularly polarized micro strip array antenna. Using cutting angle and side feeding to design the basic micro strip unit, and format an array with the feed network. The targets of this project are a gain of more than 0dB, Bobbi less than 2 and the axial ratio less than 3dB.Through the design and simulation of circular polarization antenna array ， we should to achieve the relevant requirements.
Keywords Micro strip antenna, Circular polarization，Patch antenna，Array，Feed
目次
第1章绪论6
1.1圆极化天线6
1.1.1天线定义.7
1.1.2微带天线的特点分析.7
1.2天线的主要性能参数.8
1.2.1方向图.8
1.2.2辐射强度.8
1.2.3方向性系数.8
1.2.4效率.9
1.2.5增益.9
1.2.6输入阻抗.9
1.2.7驻波比.9
1.2.8轴比10
第2章微带天线原理和分析方法.11
2.1微带天线的工作原理11
2.2微带天线的分析方法12
第3章圆极化微带贴片天线.13
3.1圆极化原理13
3.2馈电方式和贴片种类13
3.3圆极化天线的馈电实现15
3.4圆极化天线阵的阵元设计17
第4章微带天线阵列20
4.1微带天线阵列技术.20
4.2阵列组成分析.21
4.2.1阵列单元21
4.2.2馈电网络21
第5章圆极化微带天线阵的仿真设计23
5.1圆极化微带天线单元的仿真设计.23
5.2圆极化天线阵列的仿真设计.26
总结31
致谢32
参考文献33
第一章 绪论 随着无线通信以及网络信息技术的飞速发展，通信相关行业不断推动着天线技术的发展，也使得应用了天线技术的无线传输越来越受到人们的重视。这其中，微带天线凭借其特有的特点，在卫星通信，环境，雷达探测和 GPS 卫星导航等领域被广泛使用。但同时微带天线也具有带宽窄、增益低的缺点，这些缺点都在很大程度限制了它的应用，所以继续开展针对微带天线的研究和改良对于无线通信意义重大。 日常使用中，一般应用中常常要求天线具备以下几个特点：相对于主瓣，旁瓣小；同等的输入功率，传输效率更高；针对同样的输入信号，天线产生的增益更大。功能上，能够控制波束和扫描波束等。针对这些要求，可以通过把单个的天线阵元进行组合，按照一定的设计排列成阵列实现。正是由于阵列天线的功能特点，大大的推动了天线阵列技术在微波领域的快速发展。 20世纪70年代之后，针对微带天线馈电方式的研究越来越多，逐步形成了以微带线馈电方式为主的微带天线研究浪潮。 到现如今，微带天线的阵列应用已经广泛深入到人们生活的方方面面，军事雷达、民用通信、GPS 卫星导航等等领域均有应用。利用圆极化波的特点，不仅能够便于信号的发送接收，同时还能满足某些特定场合和应用条件下的信息传输。 1.1 圆极化天线 微带天线向外辐射电磁波，沿着天线辐射的电磁波的的传播方向观察辐射波电场矢量末端点的时变轨迹，这个轨迹定义为极化轨迹。[1]依据极化轨迹可以将辐射波进行分类。其实，辐射波的极化情况实际上是描述波的电磁矢量随着时间的变化情况，从信号矢量的方向和幅度值两方面进行分析讨论。。[2] 通过观察的得到的极化轨迹的形状多种多样，可以简化分为三类，分别是线性，椭圆形和圆形。其中圆形可以涵盖在椭圆形轨迹的情况里面，可以看成是椭圆轨迹的长轴和短轴都相等的椭圆情况。当矢量端的时变轨迹始终在同一条直线上来回扫描时，将这种极化方式定义为线极化；当矢量端的时变轨迹始终在同一椭圆上来回扫描时，将这种极化方式定义为椭圆极化；当矢量端的时变轨迹始终在同一圆上来回扫描时，将这种极化方式定义为圆极化。对于椭圆极化和圆极化还可以具体再分类为左旋和右旋，按照传播方向观察，如果矢端轨迹表现为顺时针即为右旋极化，逆时针即为左旋极化。圆极化波可以被拆解为两个幅度相等、相位相差 90 度的线极化波。其他的任意极化方式的辐射波也都可以拆解为若干个线极化波，因此结合圆极化波特点设计的制作圆极化天线将可以接受任意极化方式的辐射波。[3]同理可知，圆极化天线辐射波也可以被任意极化方式的天线所接收。[4] 1.1.1 天线定义 能够辐射或者接受无线电波的，由普通金属制成的装置叫做天线。目前，常见的微带天线一般由介质基片上面贴加计算设计好的辐射贴片构成，综合设计条件再确定馈电方式和相关的匹配部分。微带天线发展到现在，涉及到的各部分技术都相对较成熟。所以在现在的工程设计中，可供人们选用的馈电方式也是多种多样的，包括常见的微带线馈电、同轴馈电，以及利用电磁波耦合原理的耦合馈电和相对复杂的缝隙馈电等等。微带线馈电和同轴馈电凭借自身的的综合特点，已经普遍运用于各类工程和实践中。在此可以简单对微带天线的工作原理做简单说明，通过馈电结构对天线的馈电，微带贴片和接地板之间将会形成一个射频电磁场，而促使贴片边缘和介质基片形成辐射缝隙，这些缝隙辐射电磁波以实现天线的功能。