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1、 . . . 射频圆极化微带天线设计摘 要天线作为无线通信最为重要的部分长久以来都受到科研人员的重视以及迅速改造发展。如今，微带天线因其自身的质量小，形状易改变而与设备共形等优势在通信领域应用极为广泛。天线的种类多样，极化方式大致分为线极化与圆极化两种，在天线出现的初期，由于技术层面的限制，线极化天线的应用极为广泛。但由于科技的发展和人们对信号的愈来愈严苛的要求导致线极化天线与应用层面的矛盾越发凸显。由于圆极化天线的方向性，旋向相同接收性和抗干扰性较强，因此现代圆极化天线的应用成为当今天线的主流。本文介绍圆极化天线的性质和缺点以及对未来的展望和改进。关键词：圆极化天线，抗干扰，性质Design
2、ing of Rf circular polarization microstrip antennaABSTRACT As the most important part of the wireless communication antennas has long been brought to the attention of the researchers and rapid development. Today, the quality of the microstrip antenna with its small, easy to change shape and advantag
3、es, such as equipment conformal is widely applied in the field of communications. Diversity of antenna, polarized way is roughly divided into two kinds of linear polarization and circular polarization, at the beginning of the antenna to appear, as a result of the limitation of technological level, t
4、he application of linear polarization antenna is very extensive. But as a result of the development of science and technology and peoples more and more stringent requirements of the signal lead to linear polarization antenna and the application layer of the contradictions increasingly prominent. As
5、a result of the circular polarization antenna directivity, rotate to receive same sex and anti-interference performance is stronger, so the application of modern circular polarized antenna become the mainstream of todays antenna. In this paper, the properties of circular polarization antenna and dis
6、advantages as well as the vision of the future and improve.Keywords: Circular Polarization Antenna, Anti-interference, Properties目 录第一章 本论文的研究背景及研究意义11.1天线发展历史11.2微带微带圆极化天线应用的意义21.3 国外使用背景及其发展趋势21.4本文容安排3第二章 理论及技术42.1电基本振子42.2磁基本振子52.3天线基本原理及其分类52.3.1天线辐射电磁波的原理62.3.2天线的用途分类及各项参数72.4本章小结9第三章 微带天线基本知识
7、103.1微带线天线简介103.1.1微带天线的工作方式103.1.2双频微带天线113.2微带天线的分析方法123.2.1传输线模型123.2.2空腔模型123.3侧馈矩形微带天线设计和同轴馈电矩形微带天线设计123.4HFSS简介13第四章 圆极化微带天线154.1圆极化波的性质154.2圆极化矩形微带天线的多种产生方式154.3圆极化波的参数164.4影响天线带宽的因素164.5 圆极化微带天线设计184.5.2微带圆极化天线带宽的展宽途径194.5.3圆极化天线的测量204.6传统微带圆极化天线的性能分析及其缺点改进214.6.1单点馈电圆极化微带天线的性能展示及评价214.6.2新型
8、圆极化微带天线带宽展宽方式244.7第四章总结25致 26 . . . . 第一章 绪论1.本论文的研究背景及研究意义1.1天线发展历史 作为无线电传输和侦查检测系统中不能或缺的重要组成部分，天线是电磁波发射与接收的最常见设备。当其作为发射端时，它将馈线中传导的高频电流转换为其激发出的电磁波并按照特定方向发射出去；而当其为接收端时，它与发射端原理相反，从而在两点之间实现了无线电信息的传递。从最初简单的单一点对点通信到现代的全球卫星覆盖式传送的通信规模，天线技术的发展担任了最基本而又最前端的身份角色，其在社会生活中的重要性愈显突出，现今已然成为现代科技中不可或缺的重要组成部分。 十九世纪末期：H
9、.R.赫兹在1887年在对J.C.麦克斯韦根据理论推导进行验证性实验作关于存在电磁波的预言而构想创造了第一条发射作用天线。线天线时期：在无线电处于应用的初始时期，那时还没出现真空管振荡器，人们普遍持有的观点是波长越长，传播号的衰减愈少。这一时期应用的是各种不对阵天线。面天线时期：1930年左右由于微波电子管的问世继而发明创造出各种面天线。这时已有与声学原理方法极为类似的喇叭天线，还有与光学方法原理相类似的抛物反射面天线和透镜天线。在该年代雷达的出现，很大程度上对微波技术的应用的发展产生了很大的促进作用。1930-1959：大型反射面天线随后出现，此时通过人们的不懈努力推导出了分析天线公差统计理
10、论，将天线阵列的综合理论分析成为可能。五十年代之后：洲际导弹和人造地球卫星的成功研制为天线的发展提供了一条全新的研究方向，要求天线有圆 极化，高分 辨率，高增 益，宽频带，快速扫描和精确锁定跟踪等性能。天线发展空前迅速。由于新型移向器和电子计算机的发明，加上多用户同时搜寻与锁定等需求，相控阵天线得到了广泛的发展应用。七十年代：无线电频率信道的匮乏和全球覆盖式通信卫星的发展，反射面天线的频率交叉使用，正交极化问题和非单波束天线开始进入人们的视线；从毫米波，亚毫米波，光波的发展方向可以看出无线电技术涉及的波长越来越缩短，新型毫米波天线如介质波导，表面波和漏波天线等得以问世。现代城市化规模的扩大导致
11、高层建筑物与日俱增，复杂的电磁环境对天线的要求日益严格，在通信系统中对移动通信的信号质量提高的要求最为严峻。当下，对天线功率增益的重视使得高增益天线设计备受关注。现今，全向天线的地位与作用日渐凸显。它可以在单点与多点通讯，组建无线扩频网，广播与信息传输领域广泛应用。圆极化天线作为最为广泛应用的全向天线发展至今已成为主流天线。微带天线迅速发展让微带圆极化波天线更加有利于其发展。如今的科学技术迅猛发展，现代文明已经迈入信息大爆炸时代，其最为重要的特点即是信息从速度到广度的采集与传递。无线通讯技术的发展和无线通讯产品的大众化，尤其是近些年来个人终端通讯设备的普及和各种无线通讯技术的发展，通讯设备的功
12、能愈来愈不能小觑，信号带宽也在不断展宽。天线性能作为无线通讯中最为不可或缺的角色受到了人们对其更高的要求规。天线的地位愈发凸显，天线的形成及其发展经历了线天线时期，面天线时期，大型反射面天线出现，相控阵天线问世。从线阵发展到圆阵，从平面阵发展到共形阵，到如今的圆极化微带天线阵。一切都显示着天线设计科技的强劲发展势头。1.2微带微带圆极化天线应用的意义在无线电领域中，圆极化天线有其极为重要的地位和作用。尤其在航天飞行器中，其位置相对固定要求它的通讯测控部分为与其共形，同时要求该设备质量较轻体积较小且成本低的圆极化天线。航天航空和卫星领域以及在导弹的应用中，天线设备的尺寸。现在许多政府部门和商业公
13、司（如移动通讯公司）也有这方面的需求。为满足这些要求，可选用微带天线。这种天线有薄的平面结构，便于共形，制造简单，成本低。而在馈电方式与贴片形状已知的情况下可以得到目标谐振，输入阻抗，极化及模式等各个参量。圆极化微带天线还具备可以接收任意方向与极化方式的信号。所以，圆极化微带天线是符合各类要求的相对理想又高性能天线。1.3 国外使用背景及其发展趋势随着现代科技的发展，对圆极化天线的要求越来越高，将圆极化天线应用于电子信息技术对战可以在侦查与反侦察中测控各类极化方式的电磁波：将圆极化天线安装在剧烈摆动翻滚的飞行器上可以减少信号漏失同时可以消除畸变影响。在广播电视中的重影问题可望被消除。而对带宽的
14、要求越来越高以及对天线的极化方式有要多点通讯技术发展的必然基本要求。阻抗带宽和圆极化带宽是最主要的带宽要求。现今国际上很多天线工作人员都在新型宽带圆极化微带天线领域努力。其主要手段有辐射元结构，天线阵列结构和多点馈电结构等。1.4本文容安排本文将从天线的基本理论为开始，对天线，天线参数及其分类进行介绍。进而引出各类微带天线和它们的分析方法。本文重点是对微带天线的分析方法和馈电方式进行阐述。在对HFSS软件进行介绍之后会展示圆极化微带天线的原理和分析它的不足，并以图片的形式呈现各类新型的圆极化微带天线和对其未来发展的预测。第二章 理论及技术2.1电基本振子电基本振子的基本特性分析是对更复杂天线进行分析的基础。电基本振子又叫电流元，一个时变电流元产生的电磁波辐射从辐射元出发向空间传播同时将功率也携带出去是天线的基本原理，天线则是起到了电荷振荡的作用。电流元的本质是一段理想的高频电流直导线，其长度和其导线直径远远小于波长。将电基本振子放置在坐标原点，在自由空间产生的场为 （2.1） （2.2） （2.3） （2.4）K为空气中电磁波的波数，进区场场为 （2.5）
