设计4：圆极化微带天线设计PPT幻灯片课件
宽带圆极化微带天线分析与设计
宽带圆极化微带天线分析与设计一、本文概述本文旨在深入探讨宽带圆极化微带天线的分析与设计。
随着无线通信技术的飞速发展，天线作为无线通信系统的关键组成部分，其性能直接影响到整个系统的传输质量和效率。
宽带圆极化微带天线作为一种重要的天线类型，具有宽频带、圆极化、低剖面、易集成等优点，因此在卫星通信、移动通信、雷达系统等领域具有广泛的应用前景。
本文将首先介绍宽带圆极化微带天线的基本原理和特性，包括其辐射机制、极化特性、带宽特性等。
随后，将详细分析宽带圆极化微带天线的设计方法，包括天线尺寸的选择、馈电方式的设计、介质基板的选取等。
在此基础上，将探讨影响天线性能的关键因素，如阻抗匹配、交叉极化、增益等，并提出相应的优化策略。
本文还将通过具体的案例分析，展示宽带圆极化微带天线在实际应用中的性能表现。
通过对比分析不同设计方案下的天线性能，为工程师和研究者在实际应用中提供有益的参考。
本文将总结宽带圆极化微带天线的设计与优化策略，并展望其未来的发展趋势和应用前景。
通过本文的研究，旨在为宽带圆极化微带天线的分析与设计提供理论支持和实践指导。
二、圆极化微带天线的基本原理圆极化微带天线是一种能够在空间中产生圆形极化波的天线，它具有独特的电磁辐射特性，广泛应用于无线通信、雷达探测和卫星通信等领域。
了解圆极化微带天线的基本原理对于其分析与设计至关重要。
圆极化波是一种电磁波，其电场矢量在空间中随时间旋转，形成一个圆形的轨迹。
圆极化微带天线通过特定的设计和构造，能够在其辐射区域内产生这样的圆形极化波。
这种波形的特性在于，无论接收天线的极化方式如何，圆极化波都能在一定程度上被接收，因此具有更好的抗干扰能力和更广泛的适用性。
圆极化微带天线的基本原理主要基于电磁场理论和天线辐射原理。
它通过在微带天线的辐射贴片上引入特定的相位差，使得天线的两个正交分量产生90度的相位差，从而形成圆极化波。
这种相位差可以通过在辐射贴片上刻蚀特定的槽口或引入附加的相位延迟线来实现。
一种共形圆极化微带天线的设计
波； 在 复 杂气 候 条件 下 （ 雨、 雾等） ， 仍 能 满足 通 信 需要 。因此设 计共 形 圆极 化 天线具 有现实 意义 。
对 于 圆柱共形 的 圆极 化微 带天 线 ， 已有 相 关
研究 。文献 ［ ６ ］ 和文 献 ［ ７ ］ 分 别研究 和设 计 了柱 面 共形 的 圆极 化 天 线 阵 列 。 由于 载 体 曲率 半 径 不 同， 天 线性 能有较 大差异 Ｊ 。因此 ， 有必要 研究 圆 柱半 径对 圆极化 共形 天线性 能 的影 响 。 本文 首先设计 了一种共 面波导 馈 电的矩 形缝
察敌方 的 各 种 线 极 化 及 椭 圆极 化方 式 的 无 线 电
手机天线基础知识ppt课件
天线低频部分
塑胶支架 38X6X4
天线高频部分
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20
从右图可见
• 该种 monopole保 持了低频 （1GHz）工 作频带。
• 高频则可有 着与中心频 率比值20% 以上、宽达 几百兆工作 带宽。
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21
右图为该天线 模型在 1.8GHz频 率下的增益 方向图。
• 最大增益～ 4dBi。
Area of poor coverage directly under the antenna
Side View (Vertical Pattern)
Top View (Horizontal Pattern)
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7
• EIRP（ Effective Isotropic Radiated Power ）
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内置天线结构种类
天线
Pogo Pin 天线
Pogo Pin
PCB 正向使用Pogo Pin的
PCB 反向使用Pogo Pin的
1. Stamping
Stamping热熔到Housing内侧，Stamping伸出spring与手机PCB连接
2. Stamping + Support
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内置平面Monopole出现的现 实意义
• 多模手机对多频段天 线的要求
• Monopole的大带宽和 高增益，足以应付3G 时代跨越2GHz的几百 兆带宽需求。
• 内置平面Monopole结 构灵活，易于与当今 多变的手机结构相配 合
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Feed Strip PCB
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圆极化微带天线的设计与研究
摘要微带天线具有体积小，重量轻，低剖面，制造成本低，易于批量生产，易于和微带线路集成等特点，能得到单方向的宽瓣方向图，易于实现双频段、双极化等多功能工作。
这些优点使得微带天线在大约100MHz～100GHz宽广频域上，广泛应用于包括卫星通信、雷达、遥感、制导武器以及便携式无线电设备。
论文首先回顾了微带天线的发展史，介绍了它的结构、优缺点及应用，然后给出了微带天线的几种分析方法，包括传输线法，空腔模型法，积分方程法等，并介绍了微带天线圆极化的原理和实现方法以及微带天线的馈电方式。
然后在Ansoft HFSS中创建了一个单馈圆极化微带天线和双馈圆极化微带天线，分析了S11和VSWR参数，画出了方向图。
为了实现圆极化，进行了轴比的优化仿真，达到了较为理想的结果。
关键词：微带天线、圆极化、轴比AbstractThe microstrip antennas has the volume to be small, the weight is light, the low section plane, the production cost is low, easy volume production, easy and characteristics and so on microstrip line integration, can obtain the single direction wide petal directional diagram, easy to realize, the double polarization dual range and so on multi-purpose work. These merits cause the microstrip antennas in approximately the 100MHz-100GHz broad frequency range, widely applies in includes the satellite communication, the radar, the remote sensing, the guided weapon as well as the portable wireless apparatus.The paper first reviewed microstrip antennas's history, introduced its structure, the good and bad points and the application, then have given microstrip antennas's several analysis method, including the transmission long-base method, the cavity modeling, the integral equation law and so on, and introduced the microstrip antennas circular polarization's principle and realizes the method as well as microstrip antennas's feed method. Then AnSoft Hfss in the creation of a single-fed circular polarization microstrip antenna and double-fed circular polarization microstrip antenna and double-fed circular polarization microstrip antenna, the analysis of the S11 and VSWR parameters, to draw a pattern. In order to achieve circular polarization, the axis carried on the optimization simulation, to a more satisfactory results.Key words：microstrip antenna；circular polarization; axial ratio目录摘要 (I)ABSTRACT (II)目录 (III)第一章绪论 (1)§1.1微带天线的发展 (1)§1.2微带天线的定义和结构 (1)§1.3微带天线的优缺点 (2)§1.4微带天线的应用 (3)第二章微带天线的原理技术 (4)§2.1微带天线的辐射机理 (4)§2.2微带天线的分析方法 (5)§2.2.1传输线模型法 (5)§2.2.2空腔模型法 (8)§2.2.3积分方程法 (8)§2.3微带天线的馈电方法 (9)§2.4微带天线圆极化技术 (10)§2.4.1圆极化天线的原理 (10)§2.4.2圆极化实现技术 (11)§2.5其他形式的微带天线 (15)第三章圆极化微带天线的仿真与优化 (19)§3.1A NSOFT HFSS高频仿真软件的介绍 (19)§3.2圆极化微带天线的仿真优化 (19)§3.2.1圆极化微带天线的仿真设计 (19)§3.2.2天线轴比的优化 (22)第四章双馈圆极化微带天线的设计 (25)§4.1两路微带等功率分配器的设计与仿真 (25)§4.2双馈圆极化微带天线的仿真分析 (29)§4.2.1创建天线模型 (29)§4.2.2 优化天线模型 (33)致谢 (37)参考文献 (37)第一章绪论§1.1微带天线的发展微带天线的概念早在1953年就已经提出了，但并未引起工程界的重视。
设计4：圆极化微带天线设计
查看输入阻抗和馈电位置的关系
添加L1的参扫：范围7.4mm~9mm，间隔0.2mm
分析结果：①输入阻抗随L1的变大而变大 ； ②当L1=8.8mm时，输入阻抗约为50Ω
优化分析
名称
符号
范围
条件
L1 优化变量
Lc
8mm~9mm 44mm~45mm
dB(S(1,1))
目标函数 dB(AxialRatioVa lue)
② 估算输入阻抗50Ω的同轴馈电点位置： x，y方向距贴片中心均为L1=0.15L=6.9mm
③ 使用HFSS仿真参数和优化功能给出谐振频率为1.575GHz贴片 天线的实际尺寸和实际馈电位置
④ 使用HFSS优化功能求的满足下列要求的贴片尺寸和馈电位置： S11 <-20dB，轴比小于1dB
单馈电圆极化天线HFSS仿真
单馈电圆极化天线实现原理
右旋圆极 化馈电点
dp
W=Lc-a
d
y x
左旋圆极
dp 化馈电点
L=Lc+a
h
FR4 Epoxy
Kalio和Carver Coffey研究 证明，理论上当L/W=1.029 即a=0.0142LC时，TM01和 TM10两个模式的相位差为90o
由实际经验可以得到，此种结构的50Ω馈电点位于贴片对角线 上，且馈电点和辐射贴片顶点的距离dp在（0.35~0.39）d之间。 设馈电点到贴片中心距离为L1，则L1在（0.11~0.15）Lc之间
单馈电圆极化天线实现原理
同轴线的馈电点位于辐射贴片的对角线位置时，可以激发 TM10和TM01两个模式如果让辐射贴片的长宽相同，这样激发 的两个模式的频率相同、强度相等，而且两个模式电场的相位 差为零。若辐射贴片谐振长度Lc，微调谐振长度：L=Lc+a W=Lc-a。前者对应容抗，后者对应感抗，调节a的值，使每一 个阻抗实部和虚部相等（B=G），则两阻抗大小相等，相位分 别为-45和+45，这就满足了圆极化条件
切角圆极化微带天线原理
切角圆极化微带天线原理
切角圆极化微带天线原理是指通过合适的设计和构造，使微带天线能够实现圆极化的辐射特性。
微带天线是一种基于微波集成电路技术的天线，由金属贴片和基底组成。
它具有结构简单、成本低廉、体积小巧等优点，因此在无线通信系统中得到了广泛的应用。
切角圆极化微带天线的原理基于两个主要因素：切角和偶极子辐射。
首先，通过在微带天线的边缘切出一个角度，会产生额外的电流路径，从而改变了天线的辐射模式。
这种切角设计可以在一定程度上增加天线的频带宽度和辐射效率。
其次，天线的设计还包括采用偶极子激励方式，其中两个对称的金属贴片组成一个电偶极子。
通过适当调整偶极子的尺寸和位置，可以实现圆极化的电磁波辐射。
切角圆极化微带天线的工作原理是利用切角和偶极子辐射的相互作用。
当高频电流通过天线时，尺寸和位置合适的偶极子会激发出电磁波，并且通过切角设计实现频率的调整，从而实现圆极化辐射。
其中，圆极化辐射可分为左旋圆极化和右旋圆极化，根据具体需要进行选择。
切角圆极化微带天线的设计需要考虑许多因素，包括基底材料的介电常数、厚度、偶极子的尺寸和位置、切角的角度等等。
这些参数的选取会直接影响到天线的性能，如频率带宽、辐射效率和方向图等。
总结起来，切角圆极化微带天线利用切角和偶极子辐射相结合的设计原理，能够实现圆极化的辐射特性。
它在无线通信系统中具有重要的应用价值，为了提高天线性能和系统性能，设计者需要合理选择和调整天线的参数。
双圆极化微带天线的设计_图文(精)
AnSoft HFss软件进行仿真优化设计,具体尺寸为
1天线大小L51—26.8mm,Ls2—18mm;
2介质板介电常数￡一9.8;
3介质板尺寸Lm一48rnm,厚度H2一H1—2nⅡn。
利用以上尺寸,建立模型仿真结果如图3~图4所示,图3为天线的电压驻波比系数(VSWR,图4为天线辐射方向图,其中。度方向为天线辐射面法线方向。
摘要研究了小型化双圆极化微带天线的设计方法。重点讨论了实现双圆极化、宽波束宽度微带叠层天线小型化的实现方法,并利用仿真软件进行仿真分析,在此基础上研制了样件,对其电性能进行了测量,测量结果表明:此微带天线具有圆极化、宽波束宽度和小型化的特点。
关键词圆极化;宽波束宽度;小型化;微带天线
中图分类号TN821+.1文献标志码A
由图3、图4可以看出天线的两个工作频率VSWR≤2、最大辐射方向轴比Axial Ratio≤2dB, ^一1.616GHz时3dB波瓣宽度为115。,^= 2.49l GHz时3dB波瓣宽度为120。。
一lO
一20
∞一30
相一40
奢
一30
一20
—10
O
1.O1.21.4I.61.8
2.O
邝IIz
(a^=1.616GHz
化特性。
4.结论
研究了小型化双频双圆极化微带天线的设计方法,通过采用叠层天线的设计思路使天线工作在两
个离散的频率点产生不同极化的圆极化波,并通过
6
5
4
3
2
I
凝豫越鲻斟
396电波科学学报第25卷
使用高介电常数减少天线尺寸和展宽波束宽度,增加天线对称结构改善圆极化特性,然后根据Ansoft HFSS软件仿真优化出的结构尺寸,加工了天线样件,样件尺寸为48删m×48删m,其电测的结果也满足了设计指标的要求,该天线已经用于工程实际,有很高的实用推广价值。
微带天线设计
同轴线馈电
10
各种同轴激励示于图3-。 在所有的情况中，同 轴插座安装在印制电 路板的背面，而同轴 线内导体接在天线导 体上。对指定的模， 同轴插座的位置可由 经验去找，以便产生 最好的匹配。使用N型 同轴插座的典型微带 天线示于图3-中。
图3-8 同轴馈电的微带天线
同轴馈电模拟
根据惠更斯原理，同轴馈电可以用一个由底面 流向顶面的电流圆柱带来模拟。这个电流在地 板上被环状磁流带圈起来，同轴线在地板上的 开口则用电壁闭合。如果忽略磁流的贡献，并 假定电流在圆柱上是均匀的，则可进一步简化。 简化到最理想的情况是，取出电流圆柱，用一 电流带代替，类似微带馈电的情况。该带可认 为是圆柱的中心轴，沿宽度方向铺开并具有等 效宽度的均匀电流带，对于给定的馈电点和场 模式，等效宽度可以根据计算与测量所得的阻 抗轨迹一致性经验地确定。一旦这个参数确定 了，它就可以用在除馈电点在贴片边缘上以外 的任何馈电位置和任何频率。当馈电点在贴片 边缘上时，可以认为，在贴片边缘上的边缘场 使等效馈电宽度不同于它在天线内部时的值。 在矩形天线中，等效宽度为同轴馈线内径的五 倍时，可给出良好的结果。
微带天线结构
微带贴片天线
4
微微带天线可以分为三种基本类型：微带贴片天线、微带行波天线和微带缝 隙天线。 微带贴片天线（MPA）是由介质基片、在基片一面上有任意平面几何形状的 导电贴片和基片另一面上的地板所构成。实际上，能计算其辐射特性的贴片 图形是有限的。
正方形
圆形
矩形
椭圆形
五角形 圆环形 直角等腰 三角形
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Z cos L1 jZ w sin L1 Z 0 cos L2 jZ w sin L2 Y1 Y0 0 （3-7） Z w cos L1 jZ 0 sin L1 Z w cos L2 jZ 0 sin L2
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③ 使用HFSS仿真参数和优化功能给出谐振频率为1.575GHz贴片 天线的实际尺寸和实际馈电位置
④ 使用HFSS优化功能求的满足下列要求的贴片尺寸和馈电位置： S11 <-20dB，轴比小于1dB
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单馈电圆极化天线HFSS仿真
查看输入阻抗和馈电位置的关系
添加L1的参扫：范围7.4mm~9mm，间隔0.2mm
分析结果：①输入阻抗随L1的变大而变大 ； ②当L1=8.8mm时，输入阻抗约为50Ω
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优化分析
名称
符号
范围
条件
L1 优化变量
Lc
8mm~9mm 44mm~45mm
dB(S(1,1))
目标函数 dB(AxialRatioVa lue)
1.6mm Lc-Delta Lc+Delta 6.9mm
50mm L1
46.1mm 0.0143*Lc
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查看天线的谐振点
m
f 1.53GHz
S11 -16.89dB
在初始尺寸下的谐振频率为1.53GHz，而设计要求中心频率为
1.575GHz，因此需要参数扫描分析谐振频率和Lc的关系
6
查看天线谐振频率和天线尺寸的关系
① 将设计3的设计文件Dual_Patch.hfss改为CP_Patch.hfss并保存
② 添加并修改设计变量 ③ 修改端口位置：选中Port和Feed
Center Position：-L1，L2，0mm ④ 更改求解频率和扫频范围
中心频率：1.575GHz 扫频范围：1.3GHz~1.8GHz
H L0 W0 L1 Length L2 Lc Delta
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单馈电圆极化天线实现原理
右旋圆极 化馈电点
dp
W=Lc-a
d
y x
左旋圆极
dp 化馈电点
L=Lc+a
h
FR4 Epoxy
Kalio和Carver Coffey研究 证明，理论上当L/W=1.029 即a=0.0142LC时，TM01和 TM10两个模式的相位差为90o
由实际经验可以得到，此种结构的50Ω馈电点位于贴片对角线 上，且馈电点和辐射贴片顶点的距离dp在（0.35~0.39）d之间。 设馈电点到贴片中心距离为L1，则L1在（0.11~0.15）Lc之间 2
单馈电圆极化天线设计要求
类型范围：右旋圆极化GPS接收天线 中心频率：1.575GHz 波的轴比：小于2.0dB 馈电类型：单点馈电 介质基片：1.6mm的FR4 Epoxy
3
单馈电圆极化天线设计步骤
① 仿照设计2方法计算谐振频率1.575GHz辐射贴片初始尺寸： L=W=Lc=46.1mm 设置微调长度a=0.0143Lc
Freq=1.575GHz
Theta=0 Phi=0
Freq=1.575GHz
<=-20
<=110优化分析源自11优化分析结果12
优化分析
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查看天线优化后的性能
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添加参扫Lc：范围44mm~45.2mm，间隔0.1mm
分析结果：①谐振频率随Lc的变大而降低 ；
②当Lc在
44.4mm~44.5mm之间时，谐振频率在1.58GHz~1.57GHz之间 7
查看输入阻抗和馈电位置的关系
查看当Lc=44.45mm时的输入阻抗
实部 虚部
当工作频率为1.575GHz时，输入阻抗为（32.34+j8.51）Ω， 要使输入阻抗为50 Ω左右，则L1的值必须大于初始值6.9mm。8
单馈电圆极化天线实现原理
同轴线的馈电点位于辐射贴片的对角线位置时，可以激发 TM10和TM01两个模式如果让辐射贴片的长宽相同，这样激发 的两个模式的频率相同、强度相等，而且两个模式电场的相位 差为零。若辐射贴片谐振长度Lc，微调谐振长度：L=Lc+a W=Lc-a。前者对应容抗，后者对应感抗，调节a的值，使每一 个阻抗实部和虚部相等（B=G），则两阻抗大小相等，相位分 别为-45和+45，这就满足了圆极化条件