宽频带圆极化交叉偶极子天线设计
宽带圆极化微带天线分析与设计
宽带圆极化微带天线分析与设计一、本文概述本文旨在深入探讨宽带圆极化微带天线的分析与设计。
随着无线通信技术的飞速发展，天线作为无线通信系统的关键组成部分，其性能直接影响到整个系统的传输质量和效率。
宽带圆极化微带天线作为一种重要的天线类型，具有宽频带、圆极化、低剖面、易集成等优点，因此在卫星通信、移动通信、雷达系统等领域具有广泛的应用前景。
本文将首先介绍宽带圆极化微带天线的基本原理和特性，包括其辐射机制、极化特性、带宽特性等。
随后，将详细分析宽带圆极化微带天线的设计方法，包括天线尺寸的选择、馈电方式的设计、介质基板的选取等。
在此基础上，将探讨影响天线性能的关键因素，如阻抗匹配、交叉极化、增益等，并提出相应的优化策略。
本文还将通过具体的案例分析，展示宽带圆极化微带天线在实际应用中的性能表现。
通过对比分析不同设计方案下的天线性能，为工程师和研究者在实际应用中提供有益的参考。
本文将总结宽带圆极化微带天线的设计与优化策略，并展望其未来的发展趋势和应用前景。
通过本文的研究，旨在为宽带圆极化微带天线的分析与设计提供理论支持和实践指导。
二、圆极化微带天线的基本原理圆极化微带天线是一种能够在空间中产生圆形极化波的天线，它具有独特的电磁辐射特性，广泛应用于无线通信、雷达探测和卫星通信等领域。
了解圆极化微带天线的基本原理对于其分析与设计至关重要。
圆极化波是一种电磁波，其电场矢量在空间中随时间旋转，形成一个圆形的轨迹。
圆极化微带天线通过特定的设计和构造，能够在其辐射区域内产生这样的圆形极化波。
这种波形的特性在于，无论接收天线的极化方式如何，圆极化波都能在一定程度上被接收，因此具有更好的抗干扰能力和更广泛的适用性。
圆极化微带天线的基本原理主要基于电磁场理论和天线辐射原理。
它通过在微带天线的辐射贴片上引入特定的相位差，使得天线的两个正交分量产生90度的相位差，从而形成圆极化波。
这种相位差可以通过在辐射贴片上刻蚀特定的槽口或引入附加的相位延迟线来实现。
宽带圆极化天线及可重构天线研究与设计
宽带圆极化天线及可重构天线研究与设计一、本文概述随着无线通信技术的飞速发展和广泛应用，天线作为无线通信系统的重要组成部分，其性能优化和设计创新一直是研究的热点。
本文致力于探讨宽带圆极化天线及可重构天线的研究与设计，旨在提高天线在复杂电磁环境中的性能稳定性和适应性。
宽带圆极化天线因其具有宽频带、圆极化波等特性，在卫星通信、雷达探测等领域具有广泛的应用前景。
本文将深入研究宽带圆极化天线的基本原理和设计方法，分析影响其性能的关键因素，并提出相应的优化策略。
可重构天线作为一种新型天线技术，具有灵活可变、适应性强等特点，在认知无线电、智能通信等领域展现出巨大的潜力。
本文将详细阐述可重构天线的工作原理和实现方式，探讨其在不同应用场景下的性能表现和应用前景。
本文将结合具体案例，详细分析宽带圆极化天线和可重构天线的实际设计过程，包括天线结构的选择、参数的优化、性能的仿真验证等。
通过本文的研究，期望能够为天线设计的理论研究和实际应用提供有益的参考和借鉴。
二、宽带圆极化天线的基本理论圆极化天线是一种特殊的天线类型，其辐射的电磁波电场矢量或磁场矢量的端点随时间沿圆形或椭圆形的轨迹移动。
这种特性使得圆极化天线在无线通信系统中具有广泛的应用，特别是在存在多径效应和法拉第旋转的环境中。
宽带圆极化天线则是指其工作带宽较宽的天线，能够满足现代无线通信系统对宽带和圆极化的双重需求。
圆极化波可以分为左旋圆极化（LHCP）和右旋圆极化（RHCP）两种。
这两种极化方式的主要区别在于电场矢量或磁场矢量的旋转方向。
在自由空间中，圆极化波的传播不受天线极化的影响，因此具有较好的抗多径效应和法拉第旋转的能力。
宽带圆极化天线需要满足两个主要条件：一是具有较宽的工作带宽，二是其辐射的电磁波应为圆极化波。
为了实现宽带圆极化，天线的设计需要考虑到阻抗匹配、轴比、增益等多个因素。
设计宽带圆极化天线的方法多种多样，包括加载寄生元件、采用特殊馈电结构、使用多层结构等。
超宽带双极化平面交叉偶极子天线设计
第17卷 第4期 太赫兹科学与电子信息学报Vo1．17，No．4 2019年8月 Journal of Terahertz Science and Electronic Information Technology Aug．，2019文章编号：2095-4980(2019)04-0632-04超宽带双极化平面交叉偶极子天线设计李杰，陈星(四川大学电子信息学院，四川成都 610064)摘 要：设计了一种新型单层结构的超宽带双极化平面交叉偶极子天线。
该天线采用2对方环偶极子正交排布实现双线极化，在方环偶极子内部加载枝节，外部加载寄生方环，引入新谐振点，大幅度扩展了天线带宽；天线结构紧凑，尺寸仅为0.25λL⨯0.25λL(λL为低频截止频率对应的空间自由波长)。
设计和加工制作了一件工作于甚高频(VHF)频段的天线样品，测试结果表明，该天线能够在55~155 MHz实现电压驻波比(VSWR)<2.5，阻抗带宽达到96%，同时天线在整个工作频带呈现良好的定向辐射特性，增益大于7 dB。
关键词：交叉偶极子天线；宽带；双极化；紧凑中图分类号：TN812+.4文献标志码：A doi：10.11805/TKYDA201904.0632Design of ultra-wideband dual-polarized planar cross-dipole antennaLI Jie，CHEN Xing(School of Electronic and Information Engineering，Sichuan University，Chengdu Sichuan 610064，China)Abstract：A novel ultra-wideband dual-polarized planar cross-dipole antenna with single-layer structure is designed. The antenna utilizes two cross loop dipoles to achieve dual linear orthogonalpolarization. The stubs inside the dipoles, parasitic square loops outside the dipoles and new resonancepoints significantly enlarge the impedance bandwidth. The proposed antenna has compact structure withthe size only 0.25λL⨯0.25λL, where λL is the wavelength corresponding to the lowest frequency within thewhole working frequency band. As a sample, a Very High Frequency(VHF) antenna is designed, fabricatedand measured. The measured results show that the antenna can achieve Voltage Standing WaveRatio(VSWR)<2.5 at 55-155 MHz, and the impedance bandwidth reaches 96%. The antenna has gooddirectional radiation patterns in the whole working frequency band, and the gain is above 7 dB.Keywords：cross-dipole antenna；ultra-wideband；dual-polarized；compactness近年来，随着无线通信技术的发展，基站与移动终端高速率的信息传输对天线设计提出了严苛的要求。
口径耦合宽频圆极化天线设计
提供全套毕业设计，各专业都有编号：题目：口径耦合圆极化微带天线设计学院：专业：学生姓名：学号：指导教师单位：姓名：职称：题目类型：√工程设计2012年12 月25日摘要本文首先介绍了微带天线的几种理论分析方法，传输线模型理论，空腔模型理论和积分方程法。
第三章接着讨论了微带天线的圆极化理论，圆极化波的性质，以及如何实现圆极化，重点论述了单点馈电，双点馈电的圆极化天线。
第四章讨论了微带天线的宽频带和小型化技术，讲述了多种实现小型化和宽频带的方法。
本文在第五章讨论小型圆极化天线的设计。
运用了前面章节所述的基本理论，讨论了三种可以实现圆极化微带天线的方法，重点讨论了口径耦合馈电的圆极化微带天线的设计，通过对三种方法的比较，由于口径耦合馈电的方式较其他两种更有优势，最后制作了口径耦合馈电的天线实物，通过实际测量，成功的实现了2.9GHZ到3.3GHZ的带宽，并且在带宽范围内实现了较好的驻波比特性和辐射特性。
关键词：圆极化；宽频带；微带天线；口径耦合AbstractThis article first introduces several theories of microstrip antenna analysis method, the transmission line model and cavity model theory and integral equation method. Then the third chapter discusses the theory of the circular polarization microstrip antenna, the nature of the circular polarized wave, and how to implement circular polarization, focus on single point feed are discussed, the two point circular polarized antenna feeder. The fourth chapter discusses the broadband microstrip antenna and miniaturization, tells the story of a variety of ways to realize miniaturization and wide band.This article discussed in chapter 5 small circular polarized antenna design. Utilizing the basic theory, mentioned in the previous section discussed the three method can realize the circular polarization microstrip antenna, of aperture coupled feeding is mainly discussed in the design of the circular polarization microstrip antenna, by comparing three methods, Due to the aperture coupled feeding methods have more advantages than other two, and finally make the antenna aperture coupled feeding material, through the actual measurement, the successful implementation of the 2.9 GHZ to 3.3 GHZ bandwidth, and within the scope of the bandwidth achieved better standing wave ratio and radiation characteristics.Key words：Circular polarization; Broad band; Microstrip antenna; Aperture coupling目录第一章绪论 (1)1.1天线简介 (1)1.1.1 天线的出现及发展 (1)1.1.2天线的基本概念 (1)1.1.3天线的基本电参数 (1)第二章微带天线 (4)2.1 微带天线的出现及发展 (4)2.1.1微带辐射器 (4)2.1.2微带天线的基本概念 (4)2.1.3微带天线的优缺点 (4)2.2 微带天线的辐射原理 (5)2.3 微带天线的基本分析方法 (6)2.3.1传输线模型理论 (6)2.3.2腔模理论 (8)2.3.3积分方程法 (8)2.3.4时域有限差分法（FDTD） (9)第三章微带天线圆极化技术 (10)3.1 圆极化波概述 (10)3.1.1圆极化波的产生 (10)3.1.2圆极化波的性质 (10)3.1.3圆极化微带天线的主要电参数 (11)3.2 圆极化天线的实现 (11)3.2.1单馈电圆极化微带天线 (11)3.2.2双馈点法圆极化微带天线 (13)第四章圆极化微带天线小型化和宽频带技术 (15)4.1 圆极化微带天线的宽频带技术 (15)4.1.1微带天线展宽频带的方法 (15)4.1.2圆极化阵列天线 (16)4.2 微带天线小型化技术 (17)4.2.1微带天线小型化的方法 (17)第五章 HFSS设计圆极化微带天线 (19)5.1 HFSS简介 (19)5.2 圆极化微带天线的设计 (19)5.2.1圆极化天线设计理论分析 (19)5.2.2圆极化微带天线的设计仿真 (21)第六章结论 (29)谢辞 (30)参考文献 (30)第一章绪论1.1 天线简介1.1.1 天线的出现及发展德国卡尔斯鲁厄工学院的赫兹教授在1886 年建立了第一个天线系统，他当时装配的设备如今可描述为工作在米波波长的完整元线电系统，其中采用了终端加载的偶极子作为发射天线，并采用了谐振方环作为接收天线。
低剖面宽带圆极化磁电偶极子天线阵列设计与研究
低剖面宽带圆极化磁电偶极子天线阵列设计与研究低剖面宽带圆极化磁电偶极子天线阵列设计与研究摘要：本文设计并研究了一种低剖面、宽带、圆极化的磁电偶极子天线阵列。
基于补偿技术，通过对单元天线的设计优化、组合方式和阵列结构的优化，实现了较好的带宽和阵列性能。
阵列中的磁电偶极子天线单元为近似于圆形的五边形单极子，其宽带天线结构采用0.6mm的FR4基板，其半径为18.2mm，天线高度为4mm。
该天线的阻抗带宽为约40.5%（7.55GHz至11.75GHz），圆极化带宽为1.8%。
为了提高天线阵列的方向图稳定性，采用了一个25mm×25mm×50mm的介质补偿体作为天线阵列的底座。
通过反射系数和方向图测量分析，证明了该阵列的较优性能。
本文阐述了补偿技术的优越性和阵列结构设计的重要性，可为高性能、低剖面、宽带、圆极化磁电偶极子天线的设计提供参考。
关键词：低剖面、宽带、圆极化、磁电偶极子天线、阵1.引言随着无线通信技术的不断发展，对天线性能的要求越来越高。
在很多情况下，需要天线在宽带范围内工作，并保持较好的方向图和圆极化性能。
磁电偶极子天线由于其具有较好的宽带性能和圆极化性能而备受青睐。
然而，传统的磁电偶极子天线存在较高的剖面，这在某些应用场合下会限制其使用。
因此，设计一种低剖面的宽带圆极化磁电偶极子天线阵列具有重要意义。
本文提出一种低剖面、宽带、圆极化的磁电偶极子天线阵列，通过补偿技术和优化阵列结构来实现其优良性能。
2.设计与优化2.1 单元天线设计阵列中的磁电偶极子天线单元为近似于圆形的五边形单极子，其宽带天线结构采用0.6mm的FR4基板，其半径为18.2mm，天线高度为4mm。
采用CST Microwave Studio软件模拟得到该天线的阻抗带宽为约40.5%（7.55GHz至11.75GHz），圆极化带宽为1.8%。
2.2 组合方式优化将多个单元天线组合成阵列具有提高天线性能的潜力。
一种宽频带双极化印刷偶极子基站天线-文档资料
一种宽频带双极化印刷偶极子基站天线： A base?station antenna oscillator element suitable for wideband LTE antenna systems was designed and optimized. Based on the basic theory of printed dipole antenna and microstrip Balun， the multi?stage impedance matching Balun of the antenna was designed by analysis with an equivalent circuit model. The bandwidth of the antenna was expanded efficiently and [±45°] dual?polarization was realized by means of the parasitic patches and bow?tie design. The simulation results show that the bandwidth of the antenna，whose VSWR is ≤1.5 and the return loss is > 15 dB， reaches about 54.5% and can cover the bands of GSM1800/CDMA2000/WCDMA/TD?SCDMA/LTE system. In this range， VSWR， directivity， gain and isolation can satisfy the specifications of LTE multi?model systems. The antenna is easy to integrate and is applied to the base station LTE antenna systems with multiple modes.Keywords： base?station antenna； broadband；dual?polarization； printed dipole； Balun0 引言适用于多系统的宽带双极化天线是目前基站天线的主流设计[1]，其中的天线通常采用偶极子天线结构。
一种宽频带宽角度圆极化微带天线的设计
每个馈 电点 的物 理 位 置 选 择 要 有 一 定 的对 称
性 ． 仿 真验 证 ， 经 固定好 第 一个 馈 电点位 置 ， 它馈 其 电点 依次绕 天线 中心 旋 转排 列 ， 馈 电点 旋 转 度数 各 间 隔为馈 电的相 位 差． Ｐ＜Ｍ， 最 后一 个 馈 电 点 在 且
位置 没有旋 到第 一 个 馈 电点 位 置 的情 况 下 ， 获得 可 好 的轴 比带 宽．
成 ． 地 板 Ｓ和 介 质 基 板 均 为 边 长 ３ ｍ、 度 ４ 接 ６ｍ 厚
交叉 极 化有显 著 的效 果 ． 技 术 已成 熟 应 用 于 圆极 此
化天 线阵 的设计 Ｊ 把单 个 贴 片 天线 各 馈 点 激励 的 ． 模式 看成 是天线 阵 中各 阵元 形成 的模 式 ， 对 于采 则
』ｒＪ
（） １
其 中 Ｐ为整数 ， ０＜ Ｍ， 且 ｐ＜ 并保 天 线 阻 抗 带 宽 的设 计 方 法 ４． 献 文 Ｊ ［－ ］ 用 四个 Ｌ型 探针 进行 馈 电不 仅可 以展 宽 微 ５６ 利
带天 线 的阻抗 带 宽 ， 可在 宽 角 度 内展 宽 轴 比 （ Ｒ 还 Ａ
１ 天 线 设计 与分 析
１ １ 多馈 源技 术 实现 ．
文献 ［ ］ 多个 馈 点为 单 个贴 片 天线 馈 电进 行 ８对 了研 究 ， 采用馈 电位 置顺 序旋转 技术 ． 其馈 电激励 的 相位 存在 适 当的偏移 ， 对增 加 圆极 化轴 比带 宽 、 少 减
和 优化 ， 天线结 构如 图 １ 示． 所 此 天 线 由接 地 板 、 质基 板 、 射 贴 片 ３层 组 介 辐
小 型设备 共形 ．
文献 ［Ｏ 对 微 带 天 线 的辐 射 机 理 和 分 析 模 型 １］
单馈点宽带圆极化交叉偶极子天线
中 图 分 类 号 ：T N 8 2 0. 1
文 献 标 志 码 ：A
doi：10.11805/TKYDA201903.0430
பைடு நூலகம்
Single fed wideband circularly polarized crossed dipole antenna
SHANG Feng，HAN Jiaojiao
单馈点宽带圆极化交叉偶极子天线
商 锋，韩娇娇
(西安邮电大学 电子工程学院，陕西 西安 710121)
摘 要：基于传统交叉偶极子天线，设计了一款应用于全球定位系统(GPS)的宽带圆极化天线。
该天线用一个 50 Ω 的同轴线给交叉偶极子馈电，通过一对四分之一空置印刷环使振子臂之间形成
90°相位差以产生圆极化辐射。为了拓展阻抗带宽和轴比(AR)带宽，在耦合贴片上进行切角、开缝
1 天线的设计及参数的优化分析
1.1 天线的结构设计
天线的基本结构如图 1 所示。该天线由交叉偶极子、偶极子附近的耦合贴片、同轴线和一个反射板形成的空 气腔组成。交叉偶极子和经过切角、开缝的 4 个耦合贴片被放置在一个介质基板 RO4003 的双面上，基板介电常 数为 3.38，损耗角正切为 0.002 7，厚度为 0.508 mm。该天线采用一个 50 Ω 的同轴线进行馈电，通过一对四分
(School of Electronic Engineering，Xi’an University of Posts and Telecommunications，Xi’an Shaanxi 710121，China)
Abstract：Based on the traditional crossed dipole antenna, a wideband circular polarization antenna used in Global Positioning Systems(GPS) is designed. The crossed dipole is fed with a 50 Ω coaxial line. The crossed dipole can produce circularly polarized performance because of the orthogonal arms of dipoles with the phase difference of 90° due to a pair of vacant-quarter print rings. To achieve a broader impedance bandwidth and Axial Ratio(AR) bandwidth, the coupling patch is cut and slotted. Simulation results in Ansoft HFSS show that the antenna has an impedance bandwidth(|S11|<-10 dB) of 66.7% (1.141-2.283 GHz) and a 3 dB bandwidth of 33.3%(1.347-1.885 GHz). It has the maximum circular polarization gain of 8.2 dBi at the operating bandwidth. It has good circular polarization characteristics and the bandwidth can be expanded.
天线设计方案
天线设计方案引言天线是无线通信系统中至关重要的组成部分，其功能是将无线信号转化为电磁波在空间中传播，并从接收端接收到的电磁波转换为电信号。
天线的设计方案关系到系统的通信性能，因此在无线通信系统中，天线设计是一个非常重要的环节。
本文将以天线设计为主题，结合目前的通信技术趋势，介绍不同类型的天线设计方案，并对其特点和应用进行分析。
1. 基本天线结构大多数基本天线结构由导体构成，其中导体的形状和尺寸决定了天线的特性。
以下是常见的基本天线结构：1.1 线性极化天线线性极化天线是最为常见的天线类型之一，其导体通常采用直线或折线形状。
根据导体的形状和长度不同，线性极化天线可以分为多种类型，如单极子天线、偶极子天线、带状天线等。
线性极化天线适用于广泛的应用场景，包括无线通信、广播、雷达等。
1.2 圆极化天线相对于线性极化天线，圆极化天线的导体形状更加复杂。
它常常被用于需要具有正交极化和相位差的应用，例如卫星通信、雷达系统等。
圆极化天线的设计更为复杂，通常需要采用螺旋线或抛物面等结构来实现。
1.3 阵列天线阵列天线由多个天线单元组成，这些天线单元可以以线性或者二维阵列的形式排列。
阵列天线的优点是具有较高的增益和直向性。
阵列天线适用于无线通信系统中的基站天线、雷达和卫星通信等应用场景。
2. 天线设计方案根据不同的应用需求和通信技术，天线设计方案可以分为以下几类：2.1 宽频带天线设计宽频带天线设计目标是在一定频率范围内保持较好的性能。
在宽频带天线设计中，常常采用带状天线、双折线天线或补偿型天线等结构。
宽频带天线设计广泛应用于无线通信系统中，能够满足高速数据传输和多频段通信需求。
2.2 小型化天线设计随着无线通信设备的普及和模块化技术的发展，对天线的小型化需求越来越迫切。
小型化天线设计方案主要通过改变天线结构和采用新材料等方式来实现。
小型化天线设计适用于无线耳机、智能手表和移动设备等小型无线通信设备。
2.3 多频段天线设计多频段天线设计方案主要用于能够在多个频段上工作的设备，如多模移动通信终端。
一种新型宽带圆极化天线研究与设计
中 图分 类 号 ｒ Ｎ９ ２
Ｒｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ ａ ｎ ｄ Ｄｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ｏ ｆ ａ Ｎｏ ｖ ｅ ｌ Ｂｒ ｏ ａ ｄ ｂ ａ ｎ ｄ Ｃｉ ｒ ｃ ｕ ｌ ａ ｒ ｌ ｙ Ｐ ｏ ｌ ａ ｒ ｉ ｚ ｅ ｄ Ａｎ ｔ ｅ ｎ ｎ ａ
ｐ ｒ ｏ ｄ ｕ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｃ ｏ ｓ ｔ ａ ｎ ｄ ｇ ｏ ｏ ｄ ｐ ｅ ｒ ｆ ｏ ｒ ｍａ ｎ ｃ ｅ ．Ｔｈ ｅ ａ ｎ ｔ ｅ ｎ ｎ ａ ｗａ ｓ ｐ ｒ ｉ ｎｔ ｅ ｄ ｏ ｎ ａ ｎ ＦＲ４ ｓ ｕ ｂｓ ｔ ｒ ａ ｔ ｅ ．Ｔｈ ｅ ａ ｎｔ ｅ ｎ ｎ ａ ｉ ｓ ｃ ｏ ｍｐ ｏ ｓ ｅ ｄ ｏ ｆ ａ ｈ ｏ ｏ ｋ ｓ ｈ ａ ｐ ｅ ｄ ｂ ｒ ａ ｎ ｃ ｈ
１ 引言
具 有 圆 极 化 形 式 的 电 磁 波 可 以 在不 同气 候 条 件 和 不 同 的天 线 极 化 方 位 进 行 良好 的 传 播 ， 在 无 线 通 信 系 统 中 现
表 明这种结构可以激 励起 良好的 圆极 化特性 ， 并 可 以实现
总第 ２ ８ ５ 期 ２ ０ １ ３年第 ７ 期
计算 机 与 数字 工 程
Ｃｏ ｍｐ ｕ ｔ ｅ ｒ＆． Ｄｉ ｇ ｉ ｔ ａ ｌ Ｅｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ
Ｖｏ １ ． ４ １ Ｎｏ ． ７
１ １ ９６
一
种 新 型 宽 带 圆极 化 天 线 研 究 与 设 计 ｉ ｐ Ｒｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ ａ ｎ ｄ Ｄｅ ｖ ｅ ｌ ｏ ｐ ｍｅ ｎ ｔ Ａｃ ａ ｄ ｅ ｍｙ ，Ｂ ｅ ｉ ｊ ｉ ｎ ｇ １ ０ ０ ０ ９ ７ ）
超宽带双极化交叉偶极子天线设计
第19卷 第3期太赫兹科学与电子信息学报Vo1.19，No.3 2021年6月 Journal of Terahertz Science and Electronic Information Technology Jun.，2021 文章编号：2095-4980(2021)03-0438-05超宽带双极化交叉偶极子天线设计陈盛嘉，陈星(四川大学电子信息学院，四川成都 610064)摘 要：提出一种结构简单的新型超宽带双极化天线。
采用交叉偶极子天线实现双线极化；每只偶极子天线由两个八边形环振子构成，同时在八边形环内部加载寄生枝节，引入新谐振点增加天线带宽；天线结构紧凑，尺寸仅为0.3λL 0.3λL(λL为低频截止频率对应的空间自由波长)。
对天线进行加工测试，测试结果表明，该天线在 1.24~4.42 GHz能够实现电压驻波比(VSWR)<2，相对带宽达到125%，方向图带宽为95%(1.24~3.60 GHz)。
天线定向辐射性能良好，在方向图带宽内增益大于7 dB。
关键词：双极化；超宽带；交叉偶极子天线；定向辐射中图分类号：TN821+.4 文献标志码：A doi：10.11805/TKYDA2021009Design of cross dipole antenna with ultra-wide band anddual-polarization propertiesCHEN Shengjia，CHEN Xing(School of Electronic and Information Engineering，Sichuan University，Chengdu Sichuan 610064，China)Abstract：A new type of ultra-wide band dual-polarized antenna with simple structure is presented.The antenna uses cross dipole antennas to generate dual polarization, each dipole antenna is composed oftwo octagonal rings. The stubs are loaded inside the octagonal ring to introduce new resonance frequencypoints, which greatly increases the bandwidth. The presented antenna has a compact structure with aplanar size of only 0.3λL×0.3λL, where λL is the wavelength corresponding to the lowest frequency withinthe whole working frequency band. An antenna sample has been fabricated and tested. The measuredresults show that the antenna can achieve Voltage Standing Wave Ratio(VSWR)<2 in 1.24-4.42 GHz. Therelative bandwidth is 125% and the pattern bandwidth is 95%(1.24-3.60 GHz). The directional radiationperformance is good, and the gain in the pattern bandwidth is greater than 7dB.Keywords：dual-polarization；ultra-wide band；cross dipole antenna；directional radiation随着无线通信技术的发展，在基站、陆地移动无线电设备、数据采集与监控系统、应急通信以及其他众多通信领域，对天线设计提出了苛刻的要求，需要定向天线同时具有超宽带、双线极化和结构紧凑等特性。
环形电流法、微带天线圆极化法、交叉振子法和磁电偶极子法
环形电流法、微带天线圆极化法、交叉振子
法和磁电偶极子法
《无线通信中的常用天线设计方法》
在无线通信技术中，天线设计是非常重要的一环。
不同的应用场景需要不同类型的天线设计来满足要求。
本文将介绍四种常用的天线设计方法：环形电流法、微带天线圆极化法、交叉振子法和磁电偶极子法。
第一种天线设计方法是环形电流法。
这种方法是通过在天线导体上施加环形电流来实现对天线的高效辐射。
环形电流法的特点是具有较宽的工作频段和较高的辐射效率，适用于一些宽带通信系统中。
第二种天线设计方法是微带天线圆极化法。
这种方法是通过在微带天线的辐射片上设计特定形状的辐射结构，实现天线的圆极化辐射。
微带天线圆极化法的特点是结构简单、安装方便，并且适用于一些对电磁兼容性较高的应用。
第三种天线设计方法是交叉振子法。
这种方法是通过在天线辐射片上设计多个不同方向的交叉振子，来实现对不同极化的辐射。
交叉振子法的特点是可以实现多种不同极化方向的辐射，适用于一些需要在不同场景下灵活调整极化方向的通信系统。
第四种天线设计方法是磁电偶极子法。
这种方法是通过在天线导体上设计特定形状的磁电偶极子结构，实现对辐射场的调控。
磁电偶极子法的特点是可以实现对天线辐射场的高度精确的控制，适用于一些需要对辐射场进行精确控制的通信系统。
总的来说，以上四种天线设计方法都有各自的特点和适用场景。
在实际应用中，可以根据具体的通信需求来选择合适的天线设计方法，以实现更好的通信效果。
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宽频带圆极化交叉偶极子天线设计卢红;张文梅;韩丽萍;薛哲;陈新伟【摘要】本文设计了一种宽频带圆极化的交叉偶极子天线,天线由两组正交放置的加载 L型分支线的矩形偶极子、同轴馈线和矩形反射板构成.两个 3/4 圆环插入到两组正交偶极子天线之间,实现圆极化特性.通过在矩形交叉偶极子上增加两条分支线和在边缘切角有效拓宽了天线的阻抗带宽和轴比带宽.仿真结果表明:设计天线的相对阻抗带宽达到 1.5~5.2 GHz(110.4%),3-dB轴比带宽达到 1.67~3.77GHz(77%),增益最高可达 7 .2 dBi,故设计的天线可被用于无线能量收集系统.%In this paper,a broadband circularly polarized cross dipole antenna is designed.The pro-posed antenna consists of two sets of rectangular dipoles which are orthometric and loaded with L-type branchinglines,coaxial feed line and rectangular reflector plane.Two 3/4 rings are inserted into the two orthogonal dipole antenna to realize the circular polarization characteristics.The impedance band-width and the axial ratio bandwidth of proposed antenna are effectively broadened by adding two branch lines in each group of rectangular cross dipole antenna and cutting a triangle at the edge of the dipole. The simulated results show that the antenna has an impedance bandwidth of 1.5 to 5.2 GHz (110.4% ) ,and axial ratio bandwidth can be up to 1.67 to 3.77 GHz (77%),the maximum gain can be up to 7.2 dBi.The proposed antenna can be used in wireless energy harvesting system.【期刊名称】《测试技术学报》【年(卷),期】2018(032)004【总页数】5页(P344-348)【关键词】宽频带;圆极化;交叉偶极子;天线【作者】卢红;张文梅;韩丽萍;薛哲;陈新伟【作者单位】山西大学物理电子工程学院,山西太原 030006;山西大学物理电子工程学院,山西太原 030006;山西大学物理电子工程学院,山西太原 030006;山西大学物理电子工程学院,山西太原 030006;山西大学物理电子工程学院,山西太原030006【正文语种】中文【中图分类】TN828.6近年来，无线能量收集系统已经引起了国内外的广泛关注，其中天线是整个系统的关键部分之一，很多文献对接收天线进行了研究[1-5]. 文献[1]设计的接收天线实现了5.8 GHz的能量收集，但空间环境中电磁波信号的功率密度比较低，并且分布在多个频带. 文献[3]设计了可以在0.55, 0.75, 0.9, 1.85, 2.15和2.45 GHz六个频带工作的天线，但天线结构比较复杂. 文献[4]利用两组扇形交叉偶极子实现了1.7～3.0 GHz的宽频带双极化天线. 然而，空间中电磁波的极化方向是随时改变、不可预测的，线极化和双极化天线都会造成比较大的极化失配损耗，因此，宽频带圆极化天线在能量收集方面更受青睐. 文献[6]采用两组末端比较宽的矩形交叉偶极子，实现了2.3～2.9 GHz宽频带内的圆极化特性. 文献[7]利用印刷在介质基板上层的4个开口谐振环作为条形交叉偶极子的寄生单元，实现了较宽圆极化带宽和阻抗带宽. 文献[8]中,印刷在同一介质基板上的两个倒钩形偶极子和两个蝴蝶形交叉偶极子形成了双宽带圆极化天线. 文献[9]通过使用不对称的蝴蝶结交叉偶极子使圆极化带宽提高到51%，阻抗带宽提高到57%. 文献[10]采用了阶梯式矩形交叉偶极子结构和不规则的地，使轴比带宽和阻抗带宽分别扩大到55.1%和66.9%. 文献[11]采用一个寄生单元和简单的蝴蝶结偶极子天线将圆极化带宽和阻抗带宽提高到58.6%和68.9%. 这些文献虽然都实现了宽频带的圆极化性能，但所实现的频段没有同时覆盖GSM、LTE、WLAN等频段，为了能量收集系统能够尽可能多地收集空间中的能量，需要设计阻抗带宽和轴比带宽更宽的天线.本文介绍了一种可以用于能量收集的宽频带圆极化交叉偶极子天线. 通过在两组交叉偶极子之间插入3/4圆环来实现圆极化特性，在每组矩形交叉偶极子天线上增加两条分支线，同时在偶极子的边缘切角，进而有效拓宽天线的阻抗带宽和轴比带宽.1 天线设计本文设计的宽频带圆极化天线如图 1 所示. 天线由两组垂直交叉放置的带L形分支线的矩形偶极子、两个3/4圆环、一个反射板、同轴馈线构成. 两组偶极子分别印刷在相对介电常数为2.2，损耗角为0.000 9，厚度为31 mil，大小为80×80 mm2的RT/Duroid5880介质基板的两面. 其中，两组偶极子由4个矩形贴片加载两对L型分支线和在边缘切角变化而来. 印刷在介质基板中心正反面的两个3/4的圆环分别连接两组偶极子的一端，形成90°相位差. 整个天线的上下层通过50 Ω同轴线馈电，上层与同轴线的内芯相连，下层与同轴线的外层相连，天线放置在距离反射板H处.图 1 天线结构图Fig.1 Configuration of antenna天线各部分参数如表 1 所示.表 1 天线的各部分尺寸Tab.1 The values of the antenna参数L3W3L4W4L1W1L21数值/mm808090902320.25.5参数L22W2RinWrdb(a)H 数值/mm2.31.23.41.10.5735设计的天线由两组矩形偶极子天线变化而来，将只有两组矩形偶极子的天线作为天线1；在矩形贴片的偶极子上增加一组L型分支线的天线作为天线2；带有L型分支线的偶极子天线2的边缘切角后的天线作为天线3(本文提出的天线). 图 2 给出了天线1，天线2和天线3的回波损耗和轴比图. 从图2(a)中可以看出，在天线1的基础上增加L型分支线和切角后，在高频段引入了新的谐振点，有效地拓宽了天线的阻抗带宽；从图2(b)可以看出，增加分支线后整个频带内的轴比减小，两组偶极子的边缘切角使得两个圆极化谐振点远离，且两个谐振点之间频带内的轴比都小于-3 dB，有效地拓宽了轴比带宽.图 2 各参考天线回波损耗S11和轴比图Fig.2Simulated return loss and aixal ratio of the reference antennas2 参数分析图 1 中提到的宽带圆极化交叉偶极子中，所加载的L型分支线由两部分构成，其中长度l21对天线的阻抗带宽和轴比带宽有明显的影响，长度l22的变化对天线性能影响不大，在偶极子天线边缘切去的三角形中，边长b的长度对天线的性能有明显影响，在分析某一参数对天线性能影响时，其它参数均保持不变. 图 3 给出了L形分支线中l21的长度对天线回波损耗S11和轴比带宽的影响. 图 4 给出了切去三角形的边长b对天线S11和轴比带宽的影响.图 3 l21对天线性能的影响Fig.3The effect of parameter l21 on antenna performance图 4 b对天线性能的影响Fig.4The effect of parameter b on antenna performance从图 3 可以看出，随着l21的减小，阻抗带宽变宽，通带内的匹配特性变好，两个圆极化谐振点远离，且两个谐振点之间的频带内的轴比逐渐减小. 从图4中可以看出，切角b的改变对天线S11基本没有影响，但对轴比带宽影响较大. 随着b 的减小，高频段的谐振点保持不变，低频段的谐振点向低频移动，有效的拓宽了天线的轴比带宽，所以b选择为7 mm.3 优化结果根据图 1 所设计的宽频带圆极化天线，在软件HFSS中建立模型并进行电磁全波仿真. 通过参数分析后，得出了如表 1 所示的最优参数. 图 5～图 7 给出了最优参数下宽频带圆极化天线的仿真结果.图 5 天线的S11和轴比曲线Fig.5 S11 and axial ratio (AR) of the antennas 图 6 天线的增益Fig.6 Realized gain of the antennae图 7 天线的辐射方向图Fig.7 Radiation patterns of the antenna从图 5 可以看出，设计的天线在1.5～5.2 GHz频带内，该天线的S11都小于-10 dB，在1.67～3.77 GHz 频带内，该天线的轴比都小于3 dB. 从图 6 看出，1.5～3.5 GHz增益都可大于5 dBi，随着频率的升高，天线的增益有所降低. 图 7 给出了1.8，2.6，3.5 GHz处的辐射方向图，从图中可以看出右旋圆极化大于左旋圆极化，因此，所设计天线为右旋圆极化天线.4 结论本文设计了一种可用于能量收集的宽频带圆极化天线. 通过在每组矩形交叉偶极子天线上增加两条分支线和在偶极子边缘切掉一个三角形来有效拓宽天线的阻抗带宽和轴比带宽. 仿真结果表明：设计的天线阻抗带宽为1.5～5.2 GHz(110.4%), 轴比带宽为1.67～3.77 GHz(77%), 包含了GSM，LTE和WLAN所有的频带，轴比带宽范围内最高增益可达7.2 dBi.参考文献：【相关文献】[1] Mcspadden J O, Fan L, Chang K. 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IEEE Antennas & Wireless Propagation Letters, 2017, 16(3)： 1776-1779.。