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旋转对称的小型圆极化微带天线研究

作　者: 那哲
导　师: 耿军平
学　校: 上海交通大学
专　业: 电子科学与技术
关键词: 圆极化天线旋转对称卍缝隙提高增益圆微带馈电
分类号: TN822
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

无线通信系统中，在减小天线大小的同时，如何提高性能是一个研究热点。微带天线因具有低剖面，轻重量，易于共形，便于集成等特点而备受青睐。圆极化天线具有可以提高系统容量，接收线极化波等优点。微带圆极化天线因同时兼有两者特点而应用广泛，但是目前，微带圆极化天线的带宽仍是一个需要迫切提高的指标。微带圆极化天线根据馈电点个数可分为单馈电和双馈电两种类型。单馈电圆极化天线结构简单，不需要额外结构来产生圆极化，例如90o混合电桥，其典型方法即是在贴片上切角。本文主要研究与设计宽频带，宽轴比带宽，高增益的微带圆极化天线，其中主要结合采用了以下几种方法：贴片切角，卍缝隙，L形寄生单元，L形缝隙和寄生层。与典型切角方法相比，本文设计的微带圆极化天线具有更好的轴比特性。设计中采用了两种不同的馈电技术，一种是同轴背馈，另一种是微带边馈。微带边馈用来提高阻抗带宽和轴比特性。卍缝隙结构可以看做一个辐射体，其阻抗较小。如果贴片中引入卍缝隙，电流会沿曲线形缝隙分布。旋转对称的卍缝隙结构可以改善圆极化轴比特性。设计结果表明，通过引入旋转对称的卍缝隙结构，可以提高天线性能，其中阻抗带宽，轴比带宽及增益分别提高了6.99%，3.233%，0.88dBi。同样，通过引入旋转对称的4-L缝隙和4-L寄生单元结构，阻抗带宽，轴比带宽及增益也分别提高了9.5%,5.49%及1.7dBi,且最大增益达8.7dBi。具体设计方法及讨论将在第三章和第四章。

全文目录

摘要  6-11
Chapter1. Introduction  11-22
  1.1 Background and Significance of the Research  11-12
  1.2 Development and status of circularly polarized antennas  12-20
    1.2.1 Single fed circularly polarized antenna  12-18
    1.2.2 Dual feed circularly polarized antenna  18-20
  1.3 Construction of the thesis  20-22
Chapter2. Principle of Circularly Polarized Antenna  22-50
  2.1 Antenna contents  22-24
    2.1.1 Antenna  22
    2.1.2 Bandwidth  22-23
    2.1.3 Gain  23
    2.1.4 Efficiency  23
    2.1.5 Impedance  23-24
    2.1.6 Axial Ratio (AR)  24
  2.2 Microstrip patch antenna  24-29
    2.2.1 Metallic Patch  27
    2.2.2 Dielectric Substrate  27
    2.2.3 The ground  27-28
    2.2.4 Characteristics of microstrip patch antenna  28-29
  2.3 Circularly polarized microstrip antenna  29-33
    2.3.1 Advantages of circular polarization  30-31
    2.3.2 Single-feeding circularly polarized MSA  31-32
    2.3.3 Dual-feeding circularly polarized MSA[25, 26]  32-33
  2.4 Feeding Methods  33-36
    2.4.1 Microstrip feeding line  33-34
    2.4.2 Coaxial feeding  34-35
    2.4.3 Aperture coupling  35-36
    2.4.4 Proximity coupling  36
  2.5 Methods of analysis  36-43
    2.5.1 Analytical method, cavity model  37-38
    2.5.2 Numerical methods  38-43
  2.6 Commercial software  43-45
    2.6.1 HFSS Antenna Design  43-44
    2.6.2 CST Microwave Studio  44-45
  2.7 Measurement methods to CP antenna  45-49
    2.7.1 S11 / VSWR  46-48
    2.7.2 CP Pattern  48
    2.7.3 Axial Ratio (AR)  48
    2.7.4 CP gain  48-49
  2.8 Summary  49-50
Chapter3. Circularly Polarized Antenna with 4-L slots  50-71
  3.1 Introduction  50
  3.2 Basic truncated edges CP antenna: Ant.1  50-53
    3.2.1 Structure  50-51
    3.2.2 Characteristics and performance  51-53
  3.3 Improved CP antenna: Ant.2  53-62
    3.3.1 Structure  53-55
    3.3.2 Characteristics and performance  55-59
    3.3.3 Comparing Ant.1 and Ant.2  59-62
  3.4 Improved CP antenna: Ant.3  62-70
    3.4.1 Structure  62-64
    3.4.2 Characteristics and performance  64-68
    3.4.3 Comparing Ant.1, Ant.2 and Ant.3  68-70
  3.5 Summary  70-71
Chapter4. Circularly Polarized antenna with Swastika Slot  71-91
  4.1 Introduction  71-72
  4.2 Basic truncated edges CP antenna: Ant.1  72-74
    4.2.1 Structure  72
    4.2.2 Characteristics and performance  72-74
  4.3 Improved CP antenna: Ant.2  74-79
    4.3.1 Structure  74-75
    4.3.2 Characteristics and performance  75-77
    4.3.3 Comparing Ant.1 and Ant.2  77-79
  4.4 Improved CP antenna: Ant.3  79-84
    4.4.1 Structure  79-80
    4.4.2 Characteristics and performance  80-82
    4.4.3 Comparing Ant.1, Ant.2 and Ant.3  82-84
  4.5 The fabricated antennas  84-85
  4.6 Measured results and discussion  85-89
    4.6.1 Impedance matching bandwidth  85-86
    4.6.2 Axial ratio and CP bandwidth  86-87
    4.6.3 Far field patterns  87-88
    4.6.4 Gain  88-89
  4.7 Summary  89-91
Chapter5. Conclusion  91-93
  5.1 Conclusion  91-92
  5.2 Further work  92-93
REFERENCES  93-97
Acknowledgement  97-98
Papers Published or Accepted During the Master’s Degree  98-100
附件  100-102

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