微带天线的基本理论和分析方法

目录

摘要 (2)

Abstract (3)

1 绪论 (4)

1.1研究背景及意义 (4)

1.2国内外发展概况 (5)

1.3本文的主要工作 (6)

2 微带天线的基本理论和分析方法 (7)

2.1 微带天线的辐射机理 (7)

2.2微带天线的分析方法 (8)

2.2.1传输线模型理论 (9)

2.2.2 全波分析理论 (11)

2.3微带天线的馈电方式 (12)

2.3.1微带线馈电 (12)

2.3.2同轴线馈电 (12)

2.3.3口径（缝隙）耦合馈电 (13)

2.4本章小结 (13)

3宽带双频双极化微带天线单元的设计 (14)

3.1天线单元的结构 (14)

3.2天线单元的设计 (15)

3.2.1介质基片的选择 (16)

3.2.2天线单元各参数的确定 (16)

3.3天线单元的仿真结果 (17)

3.4本章小结 (18)

4 结束语 (19)

参考文献 (20)

致谢 (22)

ku波段双频微带天线的设计

摘要

本文的主要工作是Ku波段宽带双频双极化微带天线研究。在微带天线的基本理论和分析方法的基础上，对微带天线的技术进行了深入的研究，设计了3种不同结构的Ku波段宽带双频微带天线单元，并完成了实验验证。依据传输线模型理论并结合软件仿真分析了3种不同结构的天线单元在天线的带宽、隔离度和增益等性能方面的差异，并作了比较，得出了性能最佳的一种天线单元结构形式。最后，对全文的研究工作加以总结，并提出本文进一步的研究设想。

关键词：Ku波段；双频；传输线模型；微带天线

Abstract

In this paper, broadband dual-frequency and dual-polarized microstrip antenna at Ku band is described. Three kind s o f wideband dual-frequency and dual-polarized microstrip antenna element are proposed and their experimental verifications are completed which based o n the classical theory and a deeper stud y on broadband, dual-frequency and dual-polarization technique of microstrip antenna. From the transmission-line mode theory and simulative results, he bandwidth, isolation and gain characteristics of a microstrip patch element with various structures are analyzed in detail and compared, and an antenna element with the best performance is adopted. Based on the element described, four-element linear array and planar array is designed which adopted anti-phase feeding and dislocation anti-phase feeding technique, respectively. In addition, the technique of anti-phase feeding which suppress

cross-polarized is further studied by using the even/odd theoretical analysis. Finally, we summarize the research of the paper with an outlook for the further researches. Key words: Ku band; dual-frequency; dual-polarized; microstrip antenna

1 绪论

1.1研究背景及意义

近年来，随着卫星通信技术的发展和卫星通信业务及卫星移动通信的迅猛增长，以往的微波较低频段(300MHz-10GHz)已经变得拥挤不堪，因此卫星通信中开始使用Ku波段甚至Ka波段的通信以满足大信息量的需求。目前，广泛用于Ku 波段的通信天线主要是抛物面天线，然而这种传统的天线体积大、重量沉、造价高而且调整困难。由于物理空间的限制，这种抛物面天线体积过大不能满足某些天线的技术要求，因此天线的小型化迫在眉睫。在某些特殊应用的领域如移动通信方面，要求天线具有隐蔽性好、机动性强的特点，而这种传统的天线尺寸大、机动性差、难与载体共形、容易暴露目标，已不再适应现代卫星通信系统的需求。现代的卫星通信系统对天线提出了更高的要求，不仅要求天线小型化、重量轻、具有良好的隐蔽性和机动性，同时为了满足大容量通信的需求，要求天线具有双极化、多频性及宽带特性。微带天线以其体积小、重量轻、低剖面、成本低、易与有源器件集成、能与载体共形、易实现双频、极化形式多样性等优点在卫星通信领域备受亲睐[1][2]。传统的卫星通信天线只工作在单一的某个频段内，单一的频段不能实现收发共用。未来的卫星通信需要收发共用一付天线，以处理同步进行接收与发射的两个分离频段的信号，满足多个系统的通信要求，实现多系统共用和收发共用。这需要天线能够实现双频工作，而微带天线易于实现双频或多频工作，能够解决这些问题。因此微带天线的双频或多频技术亦成为重要的研究课题之一。在卫星通信系统中，目标的反射特性、电磁波的传播和信号的接收性能均与波的极化形式有关。天线极化匹配良好与否，系统的效果迥然不同。传统的卫星通信天线很难实现双极化工作，效能概率低，已不再适应现代和未来的卫星通信天线的要求。为了适应卫星通信系统的不断升级，满足大容量通信的需求，有效解决路径衰落问题，减少天线数量、降低天线成本，实现频率复用、极化分集、极化捷变特性，要求天线能实现双极化工作。微带天线易实现双极化或多极化工作，能有效解决上述问题。

宽带双频双极化微带天线集合了微带天线、双频天线和双极化天线各自的优点，不仅大大提高了天线的各方面性能，而且在很大程度上降低了天线的成本。随着卫星通信技术的发展，对Ku波段宽带双频双极化微带天线的研究就变得十分迫切，同时对我国在新一代卫星通信系统中占据国际有利位置具有重要作用。该项目不仅具有广阔的经济前景，而且对保证国家安全也意义深远。