论文研究-新型宽带全向圆极化天线 .pdf

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新型宽带全向圆极化天线,全旭林,靳贵平,全向圆极化天线在现代无线通信和雷达系统等应用中有着显著的优势,而带宽问题作为一个经典难题,制约着全向圆极化天线的广泛应用
国科技论文在线 生影响,从而改变其圆极化性能。图给出了阻抗和轴比性能,由于各坏之间的相互扰, 轴比性能板度恶化,因此本设计通过增加金属反射柱米减小四个天线单元之间的干扰。 增加金属反射柱后,主要讨论金属反射柱的长度和直径对天线性能的影响。图给出了 金属反射柱长度的变化对天线的阻抗和轴比性能的影响。取 入为 对应的空气中的波长。图()显示,当变大时天线的谐振频率稍向低频移动 但带宽棊本不变,这可解释为金属反射柱作为天线辐射体的一部分对天线谐振频率有影响。 图()给出了金属反射柱长度对轴比性能的影响,仿真发现在整个频段范围内有两个轴 比最小点,的变化主要影响高频时的轴比,当 λ可保证轴比在整个频段内小于 图给出了金属反射柱的直径对大线阻抗和轴比性能的影响。从图()可看出 对天线的阻抗影响较小,仅在低频端产生微小影响。图()给出了对天线的轴比 的影响,由于不同,辐射单元到反射柱的距离不同,则反射柱对其背面辐射的影响就不 同,进而影响其轴比特性。综合考虑轴比ⅷ度和带宽,从图看可出,当选取 轴比性能最佳 -Ig=1.4A 一l=15 气,……, =.67 元反射柱 --Lg=14 Lg=1,5A 卫驱回 =H=L9=16A 无佥属反射柱 v 71.81.92 122232,42,5 22232.425 率/GRz 宰GHz (a) (b) 图金属反射柱长度对天线性能的影响()回波损耗()轴比 =2=15mm D2-15mm E2=8m D2-18iin C2=21m 一·D2=21mm 22232.42.5 22,1222 42.5 辜,GH 率/GHz (b) 图金属反射柱直径对大线性能的影响()回波损耗()轴比 宽带巴伦结构的影响 宽带巴伦结构如图()所示,由于微带线缝隙耦合可保证在很宽的频段内实现阻抗 匹配,此馈电结构正是利用介质板两侧微带线和缝隙之间的耦合米实现宽频段内的阻抗匹 配,通过调整微带线长度使其阻抗匹配达到最佳。图给出了对天线阻抗性能和轴 比性能的影响 山图可知,对天线的谐振频率产生很人的影响,随着的增人,天线的谐振频率 向低频移动,但对天线的轴比特性基本无影响。因此在天线仿真过程中,可以对天线的 阻抗特性和轴比特性分别进行讨论,以减少参数调壟的复杂性。仿真发现当 可达到满意的阻抗和轴比带宽。 国科技论文在线 -it5=11.Hmm |5=11.8mm - If5=13.8mm =-55=13mm 5=15.8m =:=i=158mm 10 赵1 718192 1222324 频率GH 81.922.12. 2.32.42.5 频率|GHz (a) (b) 图微带线长度对天线性能的影响()回波损耗()轴比 设计过程 通过上述参数分析,总结此天线的设计过程:①由参考文猷中所得结论大致确定主 辐射环(包含寄生环)尺寸,使其谐振在附近;②调整金属反射柱尺寸以获得满意 的轴比带宽:③调整皃带伦结构以获得满意的阻抗带宽。在进行②和③吋也可对①中已 确定的参数进行微调,使天线性能达到最佳。 测试结果 由仿真结果我们制作了天线模型,如图所小。四个矩形环天线印制在介电常数为 的柔性介质板上,选取介质材料 厚度为,以便于弯由成柱形;宽带 巴伦结构印制在介电常数为的介质板上,选取介质材料 厚度为 通过同轴线在中心馈电,如图()中“馈点”;最后将巴伦结构和辐射环在主辐射环中 部焊接以保证其良好的导电性能。此外,在天线制作过程中利用泡沬固定金属反射柱使其镶 在柔性介质柱内部,泡沫还起到了加固介质柱的作用 图大线制作模型(含馈电结构) 图给出了仿貞和测试得到的回波损耗频夲特性和轴比频率特性。测试结果長明此天 线结构在 )的频带范围内回波损耗大于 在 的频段范围内轴比小于。由于制作工艺和测试场地的限制,测试结 果和仿真结果存在一定的差异, 冋波损耗频带向高频移动,轴比在带宽中心部位大于 图给出了测试得到的在水平面上的辐射方向图,从图中可看出此天线在低频端 ()和高频端()均具有良好的全向特性和轴比特性 国科技论文在线 一你结 仿真结果 39;181.2212232425 2122232425 颗宰GH (b) 图仿真和测试结果()回波损耗()轴比 0d30 =10dB 300 300 +-20dB -30dB F30cB 270 270 40 210 210 180 (b) 图水平面方向图() 结论 本文给出了一种用于无线通信的宽带全向圆极化天线的设计方法。通过增加金属反射柱 减小了矩形环天线之间的电磁干扰,从而大大提升了天线的圆极化性能,测试结果表明在 %( )的频段范围内其轴比均小于dB,同时,设计了宽带巴伦馈电结 构使其在 )的频段范围内回波损耗均大于此外,此天线结 构还具有小截面、低制作成木,使于实现大线阵列以及可实现圆极化极性转换等优点,因此 具有广阔的应用前景。 致谢 感谢中国电子科技集团第七研究所吴荣远、张安华在天线方向图测量中给予的帮助。 参考文献 吴开胜,刘吴,李绪半等新型圆极化全向对称振」天线遥测控制 薄厶飞,刘洛琨全向圆极化天线的型振子阵设计电波科学学报 国科技论文在线

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