设计4：圆极化微带天线设计
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。
差分馈电圆极化微带天线的设计
一 一 一
５ ８ ６． ｍｍ ， Ｋ
１
２７ ｍ ， ．３ ｍ
２０ ｍｍ ， ．５
ｈ ２３ ９ｍ ， ｈ ・ ｍ
５・ ｍｍ ， Ｓ １ ・３ ， ｇ ８ ７ ７ ｍ ｍｍ， ｄ ２・ ｍ ， １ ８ｍ
｝… ｝ 一
、
— — — — — — 一
ｆ ｝‘
ｌ
２．ｍ １ ６ ｍ，
４ ５ ｍ，ｔ＝ ． ｍ ．ｍ ２ ３ ｍ， Ｌ ＝ ６ ６ ｍ， Ｇ ４ ．ｍ
ｗ
６ １ ２ ｍ ｆ ＝ ８ｒ ａ
图 ５ Ｓ 数 曲线 图 参
一 － 一 。 一
一 一 — — 一 — — — — — — — — — —— － －－ —－一
大约 是 ８７ Ｂｉ ．ｄ 。 【 键 词 】 圆极 化 ：差 分 馈 电 ；天 线 关
【 图分 类 号 】Ｔ ２ ． 中 Ｎ８ ０１ ＋１
【 献标 识 码 】Ａ 文
【 章 编 号 】１０ — １ １ ０ １０ — ０９ ０ 支 ０ ８ １５ （ １）５ ０ ３ — １ ２
（ ）使 用 Ｈ Ｓ 一 Ｆ Ｓ软件 设计 天线
一
—— ｉ—
ｉ—
＝ Ｉ
【
Ｉ
图 ７ 增 益 曲线 图
图 ８ Ｖ Ｗ Ｒ 曲线 图 Ｓ
（ 转第 ４ 下 ９页 ）
【 稿 日期 】２ １ — ２ ２ 收 ０１ ０— ６
Байду номын сангаас
【 者简介】张一 治 （ ９ ９ ，男 ，山西人 ，西安电子科技 大学理 学院硕 士生 ，研究方 向为 目标激光散射特 性测量与理论 作 １ ８ 一） 建模 ；张晓波 （ ９ ６ ） １８ 一 ，男，安徽人 ，西安 电子科技 大 学理 学院硕 士生 ，研 究方向为 目标激光散射特性 的研 究。
基于圆环缝隙结构的圆极化可重构微带天线设计
ｒｇ ｔｈ ｎ ｉ ｕａ ｏ ａｉａｉｎ（ ｉｈ ａ ｄ ｃｒ ｌｒｐ ｌｒｚ ｔ ｃ ｏ ＲＨＣＰ）ａ ｔｎ ａｗｅｅ ｄ ｓｇ ｅ ｙ ｕ ｉｇ ｔ ｉ ｍｅｈ ｄ Ａ ｅ ｏ ｆｇ ｒｂ ｅａ ｔｎ ａ ｗｈ ｓ ｎｅ ｎ ｒ ｅ ｉｎ ｄ ｂ ｓｎ ｈｓ ｔｏ ． ｒｃ ｎ ｕ ａ ｌ ｎｅ ｎ ， ｏ ｅ ｉ
李 媛 ，韩康康 ，李建 兰 ，叶春 晖
（ 津 大 学 电子 信 息 工 程 学 院 ，天 津 ３ ０ ７ ） 天 ０ ０ ２
一种Peano结构的圆极化微带天线设计
（ Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ Ａ ｉ ｒ ｂ ｏ ｒ ｎ Ｍｉ ｓ ｓ ｉ ｌ ｅ Ａ ｃ ａ ｄ ｅ ｍ ｙ ， Ｌ ｕ ｏ ｙ ａ ｎ ｇ Ｈ ｅ ｎ ａ ｎ ４ ７ １ ０ ０ ９， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
ＡＢＳ ＴＲＡＣＴ： Ｔ ｏ ｉ ｍｐ ｒ ｏ ｖ ｅ ｔ ｈ ｅ ｐ ｒ ｏ ｂ ｌ ｅ ｍ ｏ ｆ ａ ｎ ｔ ｅ ｎ ｎ ａ ａ ｒ ｒ ａ ｙ ｃ ｉ ｒ ｃ ｕ ｌ ａ ｒ ｐ ｏ ｌ ａ ｉｚ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｎ ｄ ｇ ａ ｉ ｎ ｄ ｅ ｇ ｒ ａ ｄ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｂ ｅ ｃ ａ ｕ ｓ ｅ ｏ ｆ ｌ ａ ｒ ｇ ｅ ｄ ｉ ｓ — ｔ ａ ｎ ｃ ｅ ｂ ｅ ｔ ｗ ｅ ｅ ｎ ａ ｎ ｔ ｅ ｎ ｎ ａ ｅ ｗｉ ｔ ｈ ＥＢ Ｇ ｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｕ ｒ ｅ ，ａ ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ｏ ｆ ｃ ｉ ｒ ｃ ｕ ｌ ｒｌ ａ ｙ ｐ ｏ ｌ ａ ｒ ｉ ｚ ｅ ｄ ｍｉ ｃ ｒ ｏ ｓ ｔ ｉ ｒ ｐ ａ ｎ ｔ ｅ ｎ ｎ ａ ｗ ｉ ｔ ｈ Ｐ ｅ ａ ｎ ｏ ｃ ｕ ｒ ｖ ｅ
右旋圆极化矩形微带天线设计
右旋圆极化矩形微带天线设计一、引言大多数情况下，矩形微带天线工作于线极化模式，但是通过采用特殊的馈电机制及对微带贴片的处理，它也可以工作于圆极化和椭圆极化模式。
圆极化的关键是激励起两个极化方式相互正交的线极化波，当这两个模式的线极化波幅度相等，且相位相差90度时，就能得到圆极化的辐射。
矩形微带天线获得圆极化特性的馈电方式有两种：一种是单点馈电，另一种是正交馈电。
本文采用单点馈电。
我们知道，当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，这两个模式的电场方向相互垂直。
在设计中，我们让辐射贴片的长度L和宽度W相等，这样激发的TM10和TM01两个模式的频率相同，强度相等，而且两个模式的电场相位差为零。
若辐射贴片的谐振长度为Lc，我们微调谐振长度略偏离谐振，即一边的长度为L1，另一边的长度为W1，且L1>W1，这样前者对应一个容抗Y1=G-jB，后者对应一个感抗Y2=G+jB，只要调整L1和W1的值，使得每一组的电抗分量等于阻抗的实数部分，及B=G，则两阻抗大小相等，相位分别为-45度和+45度，这样就满足了圆极化的条件，从而构成了圆极化的微带天线。
其极化旋向取决于馈电点接入位置，当馈电点在如图1-1的A点时，产生右旋圆极化；当馈电点在图1-1的B 点时，产生左旋圆极化波。
图1-1 单馈点圆极化矩形微带天线结构二、结构设计设计微带天线的第一步是选择合适的介质基片，假设介质的介电常数为εr，对于工作频率为f的矩形微带天线，可以用如下的公式估算辐射贴片的宽度：21212-+=)ε(fcW r(1)其中，c是光速。
辐射贴片的长度一把取为2cλ，其中cλ是介质内的导波波长，考虑到边缘缩短效应后，实际的辐射贴片长度为：LfcLe∆-=22ε(2)其中，eε是有效介电常数，L∆是等效辐射缝隙长度，它们可以分别用下式计算，即为：211212121-+-++=)(wh r r e εεε).)(.().)(.(.8025802640304120+-++=∆h w h w L e e εε对于同轴馈电的微带贴片天线，在确定了贴片长度L 和宽度W 之后，还需要确定同轴线馈点的位置，馈电的位置会影响输入阻抗，通常要求是50Ω阻抗匹配。
圆极化微带天线的设计与实现 (1)
2004年4月重庆大学学报Apr.2004 第27卷第4期Journal of Chongqing UniversityVol.27 No.4 文章编号:1000-582X (2004)04-0057-04圆极化微带天线的设计与实现Ξ韩庆文,易念学,李忠诚,雷剑梅(重庆大学通信学院,重庆 400030)摘 要:圆极化微带天线是一种低剖面的天线元,研究圆极化微带天线的特性在天线设计中显得十分重要,而微带贴片天线的馈电位置的确定是设计的关键。
针对单端侧馈五边形圆极化微带天线进行了详细分析和论述;简要介绍了微带天线的实现方法,并介绍了一种用于分析多边形微带天线的有效方法———有限元分析法;通过对一个5.6GHz 的五边形圆极化微带天线的研究设计,给出了圆极化微带天线的设计过程,找到了确定馈电点位置的合理方法,采用HFSS 软件进行优化设计,进行仿真,给出了合理的仿真结果。
关键词:微带天线;圆极化;轴比;五边形;方向图;电压驻波比;带宽 中图分类号:TN820.11文献标识码:A 目前简单的线极化天线已很难满足人们的需求,这就使得圆极化微带天线倍受青睐。
但在微带天线的分析中,近似处理较多,使得天线的设计准确性并不太好,微带贴片天线的馈电位置的确定往往需要实验调整的方法进行研究。
另外由于微带天线的频带窄,设计尺寸的微小误差都会造成天线谐振频率的偏离,极化特性也会变差。
在实际工作中由于介质基片的离散性,也影响了谐振频率的准确性[1]。
针对上述问题,特别对圆极化微带天线的设计过程进行了深入的分析;通过应用HFSS 高频结构软件仿真,使天线的性能得到了优化。
1 微带天线微带天线是一种基于微带传输线的天线。
它有多种形式,按结构特征,可把微带天线分为两大类,即微带贴片天线和微带缝隙天线;常用的一类,是贴片微带天线。
贴片可以是矩形、圆形、椭圆形及其它形状,在此选用五边形贴片。
微带天线的辐射,是由微带天线边沿和接地板之间的边缘场产生的。
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
一种宽频带宽角度圆极化微带天线的设计
每个馈 电点 的物 理 位 置 选 择 要 有 一 定 的对 称
性 ． 仿 真验 证 ， 经 固定好 第 一个 馈 电点位 置 ， 它馈 其 电点 依次绕 天线 中心 旋 转排 列 ， 馈 电点 旋 转 度数 各 间 隔为馈 电的相 位 差． Ｐ＜Ｍ， 最 后一 个 馈 电 点 在 且
位置 没有旋 到第 一 个 馈 电点 位 置 的情 况 下 ， 获得 可 好 的轴 比带 宽．
成 ． 地 板 Ｓ和 介 质 基 板 均 为 边 长 ３ ｍ、 度 ４ 接 ６ｍ 厚
交叉 极 化有显 著 的效 果 ． 技 术 已成 熟 应 用 于 圆极 此
化天 线阵 的设计 Ｊ 把单 个 贴 片 天线 各 馈 点 激励 的 ． 模式 看成 是天线 阵 中各 阵元 形成 的模 式 ， 对 于采 则
』ｒＪ
（） １
其 中 Ｐ为整数 ， ０＜ Ｍ， 且 ｐ＜ 并保 天 线 阻 抗 带 宽 的设 计 方 法 ４． 献 文 Ｊ ［－ ］ 用 四个 Ｌ型 探针 进行 馈 电不 仅可 以展 宽 微 ５６ 利
带天 线 的阻抗 带 宽 ， 可在 宽 角 度 内展 宽 轴 比 （ Ｒ 还 Ａ
１ 天 线 设计 与分 析
１ １ 多馈 源技 术 实现 ．
文献 ［ ］ 多个 馈 点为 单 个贴 片 天线 馈 电进 行 ８对 了研 究 ， 采用馈 电位 置顺 序旋转 技术 ． 其馈 电激励 的 相位 存在 适 当的偏移 ， 对增 加 圆极 化轴 比带 宽 、 少 减
和 优化 ， 天线结 构如 图 １ 示． 所 此 天 线 由接 地 板 、 质基 板 、 射 贴 片 ３层 组 介 辐
小 型设备 共形 ．
文献 ［Ｏ 对 微 带 天 线 的辐 射 机 理 和 分 析 模 型 １］
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
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 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
Freq=1.575GHz
Theta=0 Phi=0
Freq=1.575GHz
<=-20 <=1
优化分析
优化分析结果
优化分析
查看天线优化后的性能
知识回顾 Knowledge Review
祝您成功！
1.6mm Lc-Delta Lc+Delta 6.9mm
50mm L1
46.1mm 0.0143*Lc
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
查看天线谐振频率和天线尺寸的关系
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)
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
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
添加参扫Lc：范围44mm~45.2mm，ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ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
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。
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
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