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1、-范文最新推荐- HFSS共形圆极化天线研究+文献综述 摘要本论文探究了一种共形在圆柱体上的全方向性新型圆极化微带天线的理论模型。该模型可期望用于高速移动的通信器材，如高空轨道卫星，GPS等需要全向性天线的智能天线。本文描述了实现既定性能的圆极化微带天线单元的理论设计方法以及相关的公式证明，同时给出了整个微带天线从设计初衷到性能提升的整个设计过程。本论文亦对微带天线单元及其单元阵列进行圆柱共形建模，探究其在柱体上实现圆极化的可能性。利用Ansoft HFSS 微波仿真软件，对该天线进行了大量的仿真演算，得到的数据表明，该种天线单元及天线阵列在共形前具有高增益低轴比的优良特性，而圆柱共形后性能有
2、很大的变化，仍具有很大的发展空间。关键词圆柱共形；圆极化；微带天线10396TitleResearch on conformal circular polarization antennaAbstractIn this paper, a new kind of omnidirectional circular-polarization micro-trip antenna model which is conformal with cylindrical carrier is present. This model is expected to be applied in high speed
3、 communication devices like high orbit satellite, GPS and so on. This paper describes the theory design method and related formulary proof based on the setted function of the antenna and gives out the whole design process. This paper also dose research on conformal antenna unit and conformal antenna
4、 array with cylindrical carrier. With the help of the modeling software Ansoft HFSS, large sums of data have been obtained and shown that this kind of antenna array owns the features of high gain and low axial ratio. As for the conformal antenna array, The function of it does not match the requireme
5、nts, which means there still be lots of work to do to make progress in this area.Key words: cylindrical conformal antenna; circular polarization; micro-trip antenna array毕业设计说明书（论文）外文摘要 共形圆极化天线即是将共形天线的载体适应性与圆极化天线良好的抗干扰性能相结合，成为一种新型的便携天线。这种天线尤其适用于航天航空，精确制导，卫星定位等需要高精度轻量化的场合。无论是在国防科技还是民用产品中，共形天线和圆极化天线都已
6、经发挥着不可或缺的重要作用，但将两者的优点综合起来，到目前为止任然没有比较完善的解决方案。本研究致力于圆极化天线的可共形性，为生产出能够大面积投入使用的可靠共形圆极化天线提出解决方案。1.2圆极化基本理论及可实现方法随着空间和通信技术的发展，圆极化天线以其具大的优势，在无线领域中发挥着重要作用。线极化波容易在传输环境中发生极化偏转而造成衰减，而圆极化波遇到障碍物会反向，因为直射波和反射波会有极化隔离，所以圆极化波具有很强的抗干扰能力和防雨雾能力，并且在民用和军用领域被广泛使用。现代无线通信事业的发展，卫星导航定位系统在人类社会的生活中起着的作用已经越来越重要。他们天线的极化方式都是圆极化，因此
7、研究圆极化天线便有很重要的作用。圆极化天线具有如下重要性质 ：1)圆极化波是一个等幅的瞬时旋转场。即沿其传播方向看去，波的瞬时电场矢量的端点轨迹是一个圆。若瞬时电场矢量沿传播方向按左手螺旋的方向旋转，称之为左旋圆极化波，记为LHCP；若沿传播方向按右手螺旋旋转，称之为右旋圆。2)一个圆极化波可以分解为两个在空间上和在时间上均正交的等幅线极化波。由此，实现圆极化天线的基本原理就是：产生两个空间上正交的线极化电场分量，并使二者振幅相等、相位相差90度。3)任意极化波可分解为两个旋向相反的圆极化波。作为特例，一个线极化波可分解为两个旋向相反、振幅相等的圆极化波。因此，其他任意极化的来波都可由圆极化天
8、线收到；反之，圆极化天线辐射的圆极化波也可由其他任意极化的天线收到，这正是在电子侦察和干扰等应用中普遍采用圆极化工作的原因。 利用五边形等多边形不同辐射边间的角度变化，能够起到调节辐射波形的圆极化度。分析这种多边形天线可以采用有限元法或分片和补片法。有限元法是把整个求解区域划分为若干个单元，在每个单元内规定一个基函数，在其它区域此函数为零这些基函数在各自的单元内是解析的这就是用分片解析函数代替全域解析函数。对于二维问题，可以取作三角形 矩形等，而以三角形域适应最广。4）八木微带圆极化天线八木天线是一种典型的定向天线，通过调整八木天线的振子长度、数量以及振子间距离可以很容易改变天线的各性能参数。
9、但是八木天线只能实现端射辐射，无法直接与载体表面共面安装。利用微带天线实现八木天线的功能，不仅可以与载体表面共面安装，而且可以使波束从端射向侧射倾斜，实现对不同天线倾角波束的控制。5）缝隙巴伦馈电的微带交叉偶极子天线通过研究交叉偶极子和缝隙巴伦，对其进行变形，将交叉偶极子变为微带交叉偶极子，缝隙巴伦变为过孔金属化缝隙巴伦，并用金属锥台作为天线的安装平台，设计出新型缝隙巴伦馈电的微带交叉偶极子天线。新型缝隙巴伦馈电的微带交叉偶极子天线具有很宽的波束宽度和良好的轴比特性，同时拥有在毫米波频段易加工，易安装等特点，可以应用于毫米波卫星通信等的地面接收系统。以上都是一些模型较为简单，比较容易实现的圆极
10、化天线模型，我们还看到其他良好的天线模型理论，比如，有一种L型孔单馈圆极化贴片耦合天线，其在方形贴片上开了个L型槽，通过微带集总单点馈电，实现了轴比低全向性好的微带天线，其工艺简单，设计也并不复杂，容易实现，可供参考。此外，有一种在圆形贴片上开十字槽的圆极化天线，它能实现超宽频带上高增益，适用于提高通信容量。 共形天线在分析计算时，难度较大，故首要任务是找到合适的分析计算共形天线辐射场效应的方法，这对设计共形天线有很大的帮助。查阅资料可知，当求解电小表面的电磁时，可用模式法或矩量法求解，也可以用时域有限差分法或有限元法求解。而在进行电大表面的电磁分析时，数值方法的实施难以实现，避免这些问题的途
11、径之一是采用高频方法，即需要利用渐进方法获得近似解。要具体实现共形天线，有多种可采用的方式，常用的有共形宽带圆极化螺旋天线 ，因螺旋天线在实现共形时有很好的效果，故被广泛采用。本次研究着重于将微带线共形于载体上，螺旋天线的共形可作参考目的。另外，EBG结构的柱面共形天线也有了初步的发展，EBG结构能够明显地改善共形天线的性能。对于双圆极化天线阵，采用“十字”缝隙结构实现正交、等幅双线极化，再通过“井”子电桥馈电，即可实现左右两个旋向的圆极化微带天线。天线驻波小于2的带宽超过20，轴比小于3dB带宽达到16，效果很不错。而清华大学提出了一种用槽和同
12、轴线馈电的三极化共形天线，它最多可以接收三个独立的电场极化分量。为了改善隔离度和极化纯度，该天线用一个探针和两个相互临近的缝隙同时馈电。为了验证设计，制造了一个原型天线并对其测量，测量结果与仿真结果吻合，天线小于-10dB 带宽范围为190MHz，带宽范围内三个端口间的隔离度分别高于-16dB，-30dB 和-40dB 。2研究目的本次研究目的是设计出符合如下参数或条件的圆极化微带天线单元和共形于圆柱载体上的天线阵列的仿真模型：谐振频率：1.575GHz；介质厚度：1.143mm；介质介电常数：2.17；右旋圆极化 集总馈电预设输入阻抗一般有50Ω和100Ω两种，采用哪
13、种要根据具体天线的输入阻抗的数值决定。现设定初始天线模型参数为：贴片宽：a=64mm，切角深度：cut=4mm，馈线宽度：wide=2mm。图2初始模型输入阻抗图像由图2可得，在1.575GHz处输入阻抗为59Ω，故此时集总馈电的预设输入阻抗应设为50Ω。若设定为100Ω，会使得集总端口与贴片天线严重失配，直接导致S11变得很大，不能符合性能要求。当改变天线尺寸时，要关注当前输入阻抗的值，若z11超过75，则应选用100Ω的预设输入阻抗。3.3天线单元参数变化对性能影响的探究通过定向改变贴片天线的不同参数值，探究每个参数在天线性能表现会产生怎样的
14、影响，这对熟悉该款天线，达到灵活运用有着非常重要的作用。当了解了每个参数的作用后，为以后将该款天线移植到其他应用工程或领域提供了方便。本次研究所涉及的切角方形天线的主要可变参数有三个，分别是贴片宽度a，切角深度cut和馈线宽度w。天线要满足的性能指标有S11和轴比Ar。3.3.1贴片边长变化的影响以初始模型为对照，改变贴片边长，观察天线仿真的情况。在初始模型中，切角深度为4mm，馈线宽度为2mm，贴片边长从64mm开始，依次递减。表 1S11图形观察 （cut=4mmw=2mm）a=641.552GHz-3.63dBa=63.81.555GHz-4.05dBa=63.61.574GHz-0.5dBa=63.41.562GHz-5.29dBa=63.21.571GHz-16.52dBa=63.11.576GHz 11 / 12
