多模印刷圓極化天線研究

多模印刷圓極化天線研究作為接收和發(fā)射無(wú)線電波的裝置,天線性能優(yōu)劣直接影響著整個(gè)無(wú)線系統(tǒng)的性能。圓極化天線能夠抑制雨霧干擾,減小多徑反射,從而被廣泛應(yīng)用于衛(wèi)星通信,衛(wèi)星導(dǎo)航,移動(dòng)通信等領(lǐng)域。隨著PCB技術(shù)的發(fā)展,具有輕重量、小體積、低成本、簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)和組裝容易等優(yōu)點(diǎn)的圓極化印刷天線成為了研究熱點(diǎn)。因而,研究能夠適應(yīng)現(xiàn)代無(wú)線系統(tǒng)的印刷圓極化天線具有重要的意義。本文以多模多頻、寬帶圓極化天線作為設(shè)計(jì)目標(biāo),通過分析和構(gòu)造天線的諧振模式,對(duì)于多模多頻圓極化天線、多模寬帶圓極化天線和全向圓極化天線進(jìn)行了研究。作者的主要貢獻(xiàn)可以概括為:1.多模式多頻圓極化天線工作原理和設(shè)計(jì)方法研究,通過構(gòu)造多個(gè)諧振模式實(shí)現(xiàn)多頻圓極化輻射。采用小型化折疊環(huán)形縫隙作為輻射單元,使用雙層縫隙設(shè)計(jì)兩個(gè)圓極化工作頻帶,采用階梯微帶線進(jìn)行雙頻匹配,提出了一種單饋雙頻圓極化天線的設(shè)計(jì)方法,并給出了應(yīng)用于不同系統(tǒng)的天線設(shè)計(jì)實(shí)例;針對(duì)無(wú)線能量傳輸系統(tǒng)雙頻段、圓極化和二次諧波抑制的需求,采用加載縫隙的雙頻微帶貼片天線,通過在饋線上并聯(lián)枝節(jié)和分支線結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了2.45GHz和5.8GHz的雙頻匹配與二次諧波抑制。在上述研究的基礎(chǔ)上,通過環(huán)形縫隙、反射板和同軸饋線構(gòu)造了低剖面微帶貼片-環(huán)形縫隙雙模天線和微帶貼片-環(huán)形縫隙-單極子三模天線,對(duì)諧振輻射模式的構(gòu)成方式,工作原理以及諧振頻率的調(diào)諧方法進(jìn)行了研究,設(shè)計(jì)出覆蓋GPSL1和L2頻段的低剖面雙模雙頻圓極化天線以及覆蓋GPSL1/L2頻段和CDMA通信頻段的具有方向圖分集特性的三模三頻天線。對(duì)所設(shè)計(jì)的天線進(jìn)行了實(shí)物加工和測(cè)試。2.印刷寬帶多模式圓極化天線研究,設(shè)計(jì)了三款實(shí)現(xiàn)原理各不相同均具有寬帶特性的圓極化天線。利用共面波導(dǎo)兩條縫隙的多模工作特性,通過分支線微帶饋電結(jié)構(gòu)分別激勵(lì)共面波導(dǎo)的奇偶模,其中奇模形成縫隙輻射器,偶模形成傳輸線激勵(lì)單極子,分別產(chǎn)生的兩個(gè)正交的線極化輻射疊加形成了圓極化輻射,設(shè)計(jì)了一款單極子-縫隙寬帶圓極化天線,實(shí)現(xiàn)了47%的工作帶寬。在第三章微帶貼片-環(huán)形縫隙雙模雙頻天線基礎(chǔ)上,利用兩個(gè)模式之間的能量耦合,設(shè)計(jì)了一款具有寬帶特性的雙模天線,在21%的相對(duì)帶寬內(nèi)實(shí)現(xiàn)了圓極化的定向輻射。應(yīng)用電磁超材料——HIS作為輻射器,設(shè)計(jì)了一款寬帶圓極化天線,工作帶寬為17%,剖面高度僅為2mm。并以此為單元組成了2X2的天線陣列,實(shí)現(xiàn)了13-16dBic的增益。研究了這些寬帶圓極化天線的實(shí)現(xiàn)機(jī)理以及多模式構(gòu)造和調(diào)諧方法,并制作了上述天線的樣機(jī),進(jìn)行了天線測(cè)量。3.寬帶低剖面全向圓極化天線以及天線的極化可重構(gòu)技術(shù)研究,提出了一種緊湊的低剖面寬帶全向圓極化天線。該天線由圓形微帶貼片天線和6個(gè)曲折形縫隙輻射器構(gòu)成。其中圓形微帶貼片天線工作在TM01和TM02模式,具有垂直極化全向輻射;曲折形縫隙實(shí)現(xiàn)寬帶全向水平極化輻射。這兩種輻射器的輻射疊加形成了寬帶全向圓極化輻射。接著,在上述研究基礎(chǔ)上,通過PIN開關(guān)二極管改變縫隙輻射器的等效結(jié)構(gòu),實(shí)現(xiàn)了天線極化可重構(gòu)的設(shè)計(jì)。僅通過一條直流控制線,天線的極化可以在左旋圓極化與右旋圓極化之間切換。對(duì)于全向圓極化天線的輻射機(jī)理,以及不同諧振器之間的能量耦合進(jìn)行了研究。