设计 圆极化微带天线设计
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。
一种新型环状宽带圆极化微带天线设计
防 雨雾 能力 ，这 在卫 星 导航系 统 中尤为重 要 。为 了 适应 多种 导航 模式 （ Ｐ 、ＧＡ Ｉ Ｅ ＧＳ Ｌ Ｌ Ｏ、Ｃ ＭＰ Ｓ Ｏ ＡＳ 、 ＧＬ Ｎ Ｓ ，已经 发展 了多种技 术 以改善 圆极化 轴 Ｏ ＡＳ ） 比和 阻抗 带 宽。本文通 过在 圆贴片上 开槽 ，有 效的 增加 了天 线轴 比带 宽 。
２ １ ６月第 ３期 ０ ２年
现代 导航
・２ ２ ５・
一
种新型环状 宽带 圆极化微带天线设计
王 忠 ，顾 云 涛 ２
（ 海 军 驻 广 州 地 区舰 船 配 套代 表 室 ； ２ 海 军 装 备 部 驻 西 安 地 区 军 事 代 表 局 ） １
摘
要： 本文设计了一种新型的环状开缝的宽带 圆极化微带贴片天线 ， 通过等幅度 ９ 。相位 Ｏ
ＷＡＮＧ ｏ ｇ Ｚｈ ｎ ，ＧＵ ｕ ｔ ｏ Ｙ ｎａ
Ａｂ ｔａ ｔ Ａｎ ｗ ｃｒｕａ ｐ ｌｒ ａｉｎ（ Ｐ ｂｏ ｄ ａｄｍｉ ｏｔｐａ ｔ ｎ ｉ ｎｕａ ｏ ｅｐｔｈｉ ｄｓ ｎ ｄｉ ｔｉ ｓｒ ｃ： ｅ ｉ ｌｒ ｏａｉ ｔ ｃ ｚ ｏ Ｃ ） ｒａｂ ｎ ｃ ｓ ｉ ｎｅ ａｗ ｔ ａｎ ｌ ｓ ｔｎｔ ａｃ ｅｉ ｅ ｓ ｒ ｒ ｎ ｈ ｒｌ ｉ ｈ ｓ ｇ ｎｈ
所 以本文 采用 形探 针双 点馈 电， 馈 电网络采 用 ９ 。相位 差等 功分 的宽 带功分 器 。通 过观 察 圆环 上 ０
低 、重量轻 、易于实现 、可 与载 体共 性 、易于有 源 器件 集成 、结 构简单 、 易于加工 制作 等优 点 ， 已经
被广 泛应 用 。圆极 化天 线具 有很 强 的抗 干 扰能力 和
文章 编号 ：１７—９ ６（０２０ —２ —３ ６４７７ ． １）３２ ５０ ２
右旋圆极化矩形微带天线设计
右旋圆极化矩形微带天线设计一、引言大多数情况下，矩形微带天线工作于线极化模式，但是通过采用特殊的馈电机制及对微带贴片的处理，它也可以工作于圆极化和椭圆极化模式。
圆极化的关键是激励起两个极化方式相互正交的线极化波，当这两个模式的线极化波幅度相等，且相位相差90度时，就能得到圆极化的辐射。
矩形微带天线获得圆极化特性的馈电方式有两种：一种是单点馈电，另一种是正交馈电。
本文采用单点馈电。
我们知道，当同轴线的馈电点位于辐射贴片的对角线位置时，可以激发TM10和TM01两个模式，这两个模式的电场方向相互垂直。
在设计中，我们让辐射贴片的长度L和宽度W相等，这样激发的TM10和TM01两个模式的频率相同，强度相等，而且两个模式的电场相位差为零。
若辐射贴片的谐振长度为Lc，我们微调谐振长度略偏离谐振，即一边的长度为L1，另一边的长度为W1，且L1>W1，这样前者对应一个容抗Y1=G-jB，后者对应一个感抗Y2=G+jB，只要调整L1和W1的值，使得每一组的电抗分量等于阻抗的实数部分，及B=G，则两阻抗大小相等，相位分别为-45度和+45度，这样就满足了圆极化的条件，从而构成了圆极化的微带天线。
其极化旋向取决于馈电点接入位置，当馈电点在如图1-1的A点时，产生右旋圆极化；当馈电点在图1-1的B 点时，产生左旋圆极化波。
图1-1 单馈点圆极化矩形微带天线结构二、结构设计设计微带天线的第一步是选择合适的介质基片，假设介质的介电常数为εr，对于工作频率为f的矩形微带天线，可以用如下的公式估算辐射贴片的宽度：21212-+=)ε(fcW r(1)其中，c是光速。
辐射贴片的长度一把取为2cλ，其中cλ是介质内的导波波长，考虑到边缘缩短效应后，实际的辐射贴片长度为：LfcLe∆-=22ε(2)其中，eε是有效介电常数，L∆是等效辐射缝隙长度，它们可以分别用下式计算，即为：211212121-+-++=)(wh r r e εεε).)(.().)(.(.8025802640304120+-++=∆h w h w L e e εε对于同轴馈电的微带贴片天线，在确定了贴片长度L 和宽度W 之后，还需要确定同轴线馈点的位置，馈电的位置会影响输入阻抗，通常要求是50Ω阻抗匹配。
宽带圆极化微带天线设计
宽带圆极化微带天线设计关键词：微带天线，X波段，设计，分析，HFSS，仿真目录1 绪论 (1)1.1 本课题研究背景 (1)1.2 微带天线的发展 (1)1.3 微带天线的优缺点 (2)1.4 本课题研究内容 (3)2 微带天线基本概念及原理 (5)2.1 天线的基本概念 (5)2.2 天线的辐射原理 (6)2.3 天线的基本参数 (6)2.3.1 天线的极化 (7)2.3.2 天线方向图的概念 (7)2.3.3 天线输入阻抗的计算方式 (8)2.3.4 天线的谐振频率与工作频带宽带 (8)2.3.5 天线的驻波比 (9)2.4 微带天线的简介 (10)2.4.1 微带天线的结构与分类 (10)2.4.2 微带天线的辐射机理 (10)2.4.3 微带天线的形状 (11)2.5 微带天线的分析方法 (11)2.5.1 传输线模型法 (11)2.5.2 空腔模型法 (13)2.5.3 积分方程法 (13)2.6 微带天线的馈电方法 (14)2.7 微带天线圆极化技术 (15)2.7.1 圆极化天线的原理 (15)2.7.2 圆极化实现技术 (16)3 宽带异形贴片微带天线设计 (21)3.1 微带天线的仿真 (21)3.2 Ansoft HFSS高频仿真软件的介绍 (21)3.3 HFSS对具体实例的仿真 (21)3.3.1 选取微带天线模型 (21)3.3.2 微带天线的仿真优化 (23)4 双点馈电圆形圆极化微带天线设计 (35)4.1 HFSS对圆极化微带天线的仿真 (35)4.1.1 选取圆极化微带天线模型 (35)4.1.2 圆形圆极化微带天线的仿真优化 (35)5 总结结论及展望 (41)参考文献 (42)1 绪论1.1 本课题研究背景天线作为电磁波的发射和接收装置，在无线通信和雷达系统中有着不可替代的作用。
自19 世纪初首次在跨越大西洋的无线通信使用天线以来，无数科学家投身到了天线的研究当中。
圆极化宽频带微带天线设计概要
圆极化宽频带微带天线设计近年来,鉴于通信系统向着大容量、宽频带和智能化的方向发展,宽频带和多频段天线成为一个重要的研究方向。
并且随着卫星导航技术的不断进步,越来越多的国家发展自己的导航系统,而每个导航系统的卫星在空间分布有限,所以在提供卫星定位的精密度、可用性和可靠性方面就无法得到保证,因此近年来对应用多种卫星导航系统组成的宽频带导航接收系统的研究受到了广泛重视。
具有圆极化和宽频带特点的宽带导航接收天线成为近年卫星接收天线研究的热点之一。
本文针对宽频带卫星导航接收天线的需求,设计了几种可工作在卫星导航频段的单频、双频及宽频段天线,并采用数值仿真方法对天线结构进行了优化。
具体内容如下：本文首先介绍了微带天线的几种分析方法：传输线模型理论、空腔模型理论和全波理论。
接着分析制约微带天线带宽的各种因素,研究增加微带天线频带宽度的四种途径：降低等效谐振电路的品质因数、修改等效谐振电路、增加匹配网络和采用分形天线等等。
借助于基于有限元法的ANSOFT HFSS软件对天线性能进行了数值仿真：单频圆极化微带天线、双层贴片结构的双频段及宽频段的圆极化微带天线,其中单频天线采用不同的贴片开槽方法来实现圆极化。
为了使天线小型化,同时便于加工,本设计中去掉了传统的在多层贴片之间引入空气层的结构,并且设计了宽频段微带天线的匹配网络。
最后用ADS 仿真软件设计了GPS L1频段的低噪声放大器。
设计出了能够分别工作在1.575GHz、1.602GHz和2.492GHz的单频天线以及同时工作在以上两个频段的微带天线。
本文设计的宽频段圆极化微带天线能够同时工作在1.2GHz-1.3GHz、1.5GHz-1.6GHz,这个天线能够接收目前所有四大卫星导航系统的信号。
同主题文章[1].马小玲,康凤兴,王贞松. 微带天线及其在通信与广播电视中的应用' [J]. 电视技术. 2000.(05)[2].吴沅. 微带天线的崛起' [J]. 知识就是力量. 2002.(11)[3].都世民. 用微带天线测量介电常数' [J]. 计量学报. 1984.(04)[4].杨卫英. 覆盖高∈_r材料微带天线的研究' [J]. 微波学报.2000.(S1)[5].王聪敏,高向军. 微带天线的宽频带技术' [J]. 电子对抗技术. 2003.(05)[6].丁克乾,李连辉,张凤林. 双频圆极化微带天线' [J]. 遥测遥控.2004.(05)[7].冯钧. 一种H形槽耦合微带天线模型及分析' [J]. 视听界(广播电视技术). 2007.(01)[8].杨超，阮颖铮，冯林. 微带天线RCS缩减技术及分析方法' [J]. 电波科学学报. 1994.(04)[9].曹菊良,董文龙,李文祥. 多角形微带天线' [J]. 电子学报. 1985.(06)[10].张金标. GPS／GLONASS兼容微带天线的研制' [J]. 天津理工学院学报. 1994.(01)【关键词相关文档搜索】：通信与信息系统; 圆极化; 宽频带; 微带天线;低噪声放大器【作者相关信息搜索】：西安理工大学;通信与信息系统;王丽黎;李伟;。
设计4：圆极化微带天线设计
分析结果：①谐振频率随Lc的变大而降低 ；
②当Lc在
44.4mm~44.5mm之间时，谐振频率在1.58GHz~1.57GHz之间
查看输入阻抗和馈电位置的关系
查看当Lc=44.45mm时的输入阻抗
实部 虚部
当工作频率为1.575GHz时，输入阻抗为（32.34+j8.51）Ω， 要使输入阻抗为50 Ω左右，则L1的值必须大于初始值6.9mm。
查看输入阻抗和馈电位置的关系
添加L1的参扫：范围7.4mm~9mm，间隔0.2mm
分析结果：①输入阻抗随L1的变大而变大 ； ②当L1=8.8mm时，输入阻抗约为50Ω
优化分析
优化变量
Lc
8mm~9mm 44mm~45mm
dB(S(1,1))
目标函数 dB(AxialRatioVa lue)
单馈电圆极化天线实现原理
同轴线的馈电点位于辐射贴片的对角线位置时，可以激发 TM10和TM01两个模式如果让辐射贴片的长宽相同，这样激发 的两个模式的频率相同、强度相等，而且两个模式电场的相位 差为零。若辐射贴片谐振长度Lc，微调谐振长度：L=Lc+a W=Lc-a。前者对应容抗，后者对应感抗，调节a的值，使每一 个阻抗实部和虚部相等（B=G），则两阻抗大小相等，相位分 别为-45和+45，这就满足了圆极化条件
1.6mm Lc-Delta Lc+Delta 6.9mm
50mm L1
46.1mm 0.0143*Lc
查看天线的谐振点
m
f 1.53GHz
S11 -16.89dB
在初始尺寸下的谐振频率为1.53GHz，而设计要求中心频率为 1.575GHz，因此需要参数扫描分析谐振频率和Lc的关系
课程设计：基于cst仿真的6GHz圆极化微带贴片天线设计
Harbin Institute of Technology课程设计说明书（论文）课程名称：天线仿真设计题目：圆极化微带天线的仿真院系：班级：设计者：学号：指导教师：设计时间：哈尔滨工业大学一、课程设计目的1、了解微带天线的辐射原理和分析方法，并掌握微带天线尺寸计算一般过程；2、了解微带天线圆极化的方法，并设计一种圆极化微带天线；3、学习并掌握CST软件的使用，熟悉天线仿真的流程，并完成天线的优化设计。
二、天线设计目标本文设计的圆极化矩形微带贴片天线的中心频率为6 GHz，并且将满足一下技术指标：1、反射系数S11<10dB（VSWR<2）；2、天线轴比小于3dB；3、绝对带宽100MHz；4、增益大于5dB；5、输入阻抗50Ω；6、波瓣宽度大于70deg。
三、微带天线背景1、微带天线简介微带天线是近30年来逐渐发展起来的一类新型天线。
早在1953年就提出了微带天线的概念，但并未引起工程界的重视。
在50年代和60年代只有一些零星的研究，真正的发展和使用是在70年代。
常用的一类微带天线是在一个薄介质基(如聚四氟乙烯玻璃纤维压层)上，一面附上金属薄层作为接地板，另一面用光刻腐蚀等方法作出一定形状的金属贴片，利用微带线和轴线探针对贴片馈电，这就构成了微带天线。
由于微带天线有独特的优点，而缺点随着科技的进步正在研究克服，因此它有广阔的应用前景。
一般说来，它在飞行器上的应用处于优越地位，可用于卫星通讯、天线电高度表、导弹测控设备、导引头、环境监测设备、共形相控阵等。
徽带天线在地面设备上应用也有其优势方面。
特别是较低功率的各种民用设备，例如医用微波探头，直播卫星的接收阵以及当前的蓝牙设备的收发天线等，由于微带带天线能集成化，它在毫米波段的优势非常明显。
当然它并不是完美无缺的，我们将其与微波天线相比，简单介绍它的优缺点。
微带天线和常用的微波天线相比较，它有以下一些突出的优点：(1)重量较轻，体积比较小，剖面低，能与飞行器等载体共形。
一种微带线馈电的宽带圆极化微带天线的设计
一种微带线馈电的宽带圆极化微带天线的设计引言在通信领域中，天线是不可或缺的一个设备，而微带天线因其结构简单、成本低廉、易于集成等优点，已经成为了现代通信领域中应用广泛的一种天线。
在微波领域中，圆极化天线通常被用来避免天线之间的互干扰和提高通信质量。
然而，许多微带圆极化天线的带宽是有限的，这使得这些圆极化天线的通信传输性能大大受到限制。
因此，本文提出了一种微带线馈电的宽带圆极化微带天线的设计方案，旨在解决微带圆极化天线带宽狭窄的问题。
设计原理本设计方案采用了一种微带线馈电的宽带圆极化微带天线。
其中，天线由一个正方形微带辐射片和一个环形贴片构成。
其工作原理基于微带线馈电的正方形微带辐射片，是以TM模式的耦合方式进行馈电的。
正方形微带辐射片的一边通过一条微带线馈电导线与馈电点相连，另一边则用接地板连接。
环形贴片作为一个反射器，通过正方形微带辐射片的边缘和接地板之间的短接实现电路的反射。
设计步骤1.计算天线的工作频率和所需圆极化方式。
根据这些参数确定天线的尺寸和形状。
2.设计并确定微带线馈电导线和连接设备的点。
3.添加环形贴片，并在模拟软件中进行必要的优化，以提高天线的性能。
4.按照所需的角度选择天线的旋转方向，并调整微带线馈电导线与天线的尺寸，以实现所需的圆极化方向。
仿真结果为了验证设计的性能，我们使用了一款天线仿真软件进行模拟实验。
仿真过程中，我们使用S参数和体表波图形来评估天线的性能。
以下是一些关键指标的仿真结果：•工作频率：4.4GHz•带宽：360~630MHz，VSWR小于2•圆极化方向：左旋•Gain：6.5dB•Axial Ratio: 1.1dB结论本文提出的一种微带线馈电的宽带圆极化微带天线设计方案，能够在4.4GHz 的频率范围内实现左旋或右旋的圆极化方式。
其带宽可达到360~630MHz，在这个带宽范围内可以实现VSWR小于2的传输性能。
此外，天线具有高增益和低轴比等优点。
因此，这种设计方案具有较好的前景和实际应用价值。
新型宽带圆极化微带天线设计方案
新型宽带圆极化微带天线设计方案与普通微波天线相比，微带天线剖面薄，体积小，重量轻，易共形，便于获得圆极化，但是频带窄，性能受基片材料影响大。
到目前为止，展宽微带天线频带的途径有以下几种：(1)降低等效谐振电路Q值，即增大基片厚度h，降低基片相对介电常数εr等；(2)修改等效电路：附加寄生贴片、采用电磁耦合馈电等；(3)附加阻抗匹配网络；(4)其他途径：如改变贴片形式、加变容管、利用行波阵或对数周期结构。
上述(1)的方法比较容易实现，但是参数选择超过一定范围后会激起高次模，会使天线的方向图恶化以及会增加天线的辐射损耗。
(2) 的方法则需要天线采用多层结构，占用的空间较大。
(3)、(4)的方法也在不同程度上使天线的结构复杂化。
在近期的一些文章中有新的展宽带宽的方法，文献[2]中采取在圆形贴片上开槽，并采用阵列的形式实现宽带圆极化的特性；文献[3-5]中采取缝隙耦合馈电，实现圆极化；文献[6-8]中使用双馈网络实现宽带，馈电网络比较复杂；文献[9]中利用容性探针近耦合馈电的基础上，通过平衡馈电，实现宽带宽角圆极化；文献[10]中采用双频实现宽带；文献[11]则总结了宽频带天线的实现方法。
这些方法都在一定程度上展宽了微带天线的带宽，但是结构都比较复杂，对设计和加工都增加了一定的困难。
所以，这里从结构简单的角度考虑，研究并设计一种新型单馈单片宽带圆形微带天线，其驻波比VSWR≤2阻抗带宽达到12％，轴比带宽为3％。
该天线的缺点是轴比带宽没有得到很大的提高，在以后的设计中有待进一步研究改进。
1宽带圆极化天线的理论分析本文实现宽带的方法是使微带天线工作于双频段。
通过选择恰当的馈电点以及两个切口之间的距离，能够激励起两个工作于不同频率的正交谐振模，因而形成两个谐振电路，具有两个谐振频率。
经过微调使得两个谐振频率适当接近，结果形成频带大大展宽的双峰谐振电路。
这种结构的优点是只用一个馈。
一种小型化双频圆极化微带天线设计
一种小型化双频圆极化微带天线设计一种小型化双频圆极化微带天线设计程益福摘要:本文通过分析双频圆极化微带天线，提出了一种覆盖北斗卫星导航系统频段的双频双圆极化微带缝隙天线。
这是一个特例，因为它要求天线在两个工作频段内具有相反的圆极化旋向。
根据设计要求，为了实现双频以及圆极化功能，采用了非常简洁的环形缝隙结构，简洁的结构也方便了后期对其进行加工。
本文给出了该设计的具体步骤及实验结果，实测结果表明了该设计的可行性。
关键词：圆极化天线；双频天线；微带天线Abstract:Through the analysis of dual band circularly polarized microstrip antenna, the dual polarization microstrip slot antenna for coverage of the Beidou satellite navigation system of the dual frequency band. This is a special case, because it requires the antenna with circular polarization rotation instead of the two frequency range to. According to the design requirements, in order to realize the dual band circular polarization functions and, using the ring slot structure is very simple. Simple structure is convenient for later processing. This paper gives the specific steps and the experimental results of the design, experimental results show the feasibility of the design.Key Words ：Circularly Polarized Antenna; Dual-band Antenna; Microstrip Antenna1.引言微带缝隙天线有很多种，而其中之一就是环形微带缝隙天线。
双圆极化微带阵列天线及高增益圆极化微带天线的设计
代号 分类号
10701 TN82
学号 密级
1018120843 公开
题（中、英文）目 双圆极化微带阵列天线及高增益圆极化微带天线的设计 Design of Dual Circularly Polarized Microstrip Antenna Array and Circularly Polarized Antenna with High Gain Characteristic
注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成
果；也不包含为获得西安电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的
双频圆极化微带天线的设计
双频圆极化微带天线的设计本文将探讨双频圆极化微带天线的关键设计因素，包括工作原理、尺寸和性能优化等方面。
我们将确定文章的类型为技术论文，主要面向无线通信领域的工程师和技术人员。
关键词：双频，圆极化，微带天线，设计，工作原理，尺寸，性能优化在无线通信系统中，天线是至关重要的组件之一。
随着通信技术的发展，多频段和圆极化技术已成为现代天线设计的趋势。
其中，双频圆极化微带天线由于其体积小、易共形、低成本等特点而备受。
双频圆极化微带天线的工作原理主要基于微带天线的基本原理。
微带天线由介质基板、辐射贴片和接地板组成。
当电流流过辐射贴片时，就会在贴片周围产生电磁场，从而向外辐射电磁波。
对于双频圆极化微带天线，通常采用多个辐射贴片、缝隙或者耦合器等结构来实现双频段工作。
在尺寸方面，双频圆极化微带天线的设计主要取决于所需的工作频率和天线的性能要求。
一般来说，天线的尺寸会随着工作频率的降低而增大。
因此，在满足性能指标的前提下，应尽量减小天线的尺寸以适应各种应用场景。
在性能优化方面，主要考虑因素包括增益、带宽、轴比、交叉极化等。
通过优化辐射贴片、接地板和介质基板的设计，可以有效地提高天线的性能。
例如，通过采用高介电常数的介质基板可以有效减小天线的尺寸；通过优化辐射贴片的形状和大小可以改善天线的带宽和轴比性能。
双频圆极化微带天线的设计需要综合考虑工作原理、尺寸和性能优化等多个方面。
随着5G、物联网和卫星通信等技术的快速发展，双频圆极化微带天线的应用前景将更加广阔。
未来，可以进一步研究多频段、高性能和更小尺寸的双频圆极化微带天线设计方法，以满足不断发展的通信需求。
可以利用新兴的材料和工艺技术提升天线的性能和集成度，拓展其应用领域。
另外，针对双频圆极化微带天线的测试技术也需要不断完善，以确保天线的性能和质量。
双频圆极化微带天线作为一种先进的通信技术，具有广泛的应用前景。
未来，我们需要在设计方法、材料选择、制造工艺和应用场景等方面进行深入研究，以满足不断增长的通信需求，推动无线通信技术的发展。
宽波束圆极化微带天线设计
宽波束圆极化微带天线设计姚菲【摘要】为了提高天线导航信号的有效覆盖面积,研究了应用于全球卫星定位系统(GPS)的宽波束圆极化微带天线.采用四个半径不同的非对称扇形切角实现天线辐射方向图的宽波束特性,天线的整体尺寸为0.395λ0×0.395λ0×0.016λ0(λ0为天线中心频率1.575GHz对应的工作波长).应用商用仿真软件HFSS对天线进行了仿真设计,结果表明,该天线的圆极化带宽为13MHz(1.566～1.579 GHz),阻抗带宽为78MHz(1.556～1.634GHz),增益大于5.9dBic,天线在中心频率1.575GHz时方向图的3dB轴比波束宽度为165°.在仿真设计的基础上,制作天线的工程样机,样机测试结果与设计结果吻合良好,说明了设计方法的有效性.【期刊名称】《西安航空技术高等专科学校学报》【年(卷),期】2018(036)003【总页数】4页(P69-72)【关键词】宽波束;圆极化;微带天线【作者】姚菲【作者单位】海军装备部,西安 710089【正文语种】中文【中图分类】TN8220 引言全球卫星定位系统(GPS)天线作为飞机导航系统的射频前端，是整个飞机导航系统的“眼睛”，它的性能直接影响着整个飞机导航系统导航、定位、公共安全/监督、时间标准、绘图、天气和大气信息等性能的优劣。
对于机载导航系统来说，低剖面具有中等增益的圆极化微带天线是尤为重要的[1]。
而圆极化微带天线的宽波束覆盖比常规圆极化天线更能有效地提高天线接收/辐射能量的覆盖面积。
目前公开发表的文献大多重点研究天线阻抗带宽的展宽、增益的提高以及半功率波束宽度的展宽[2-6]，但对于能够提高天线导航信号有效覆盖面积的宽3dB轴比波束宽度的天线研究较少[7-8]。
本文所要研究的问题正是如何实现天线的宽3dB轴比波束宽度。
1 天线结构宽波束圆极化微带天线的整体结构尺寸如图1所示。
图1 天线整体结构示意图在图1中，该宽波束圆极化微带天线介质基板尺寸为75 mm×75 mm×3 mm (0.395λ0×0.395λ0×0.016λ0，λ0为天线中心频率1.575GHz对应的工作波长)。
圆极化微带天线的设计与应用毕业设计[管理资料]
![圆极化微带天线的设计与应用毕业设计[管理资料]](https://img.taocdn.com/s3/m/cf8286930b1c59eef9c7b4a5.png)
太原理工大学毕业设计（论文）任务书圆极化微带天线的研究与设计摘要微带天线是近30年来逐渐发展起来的一类新型天线。
早在1953年就提出了微带天线的概念，但并未引起工程界的重视，自从20世纪70年代中期微带天线理论得到很大发展。
由于微带天线体积小、重量轻、馈电方式灵活、成本低、易于与目标共形等优点而深受人们亲睐，在雷达、移动通信、卫星通信、全球卫星定位系统等领域得到广泛的应用。
圆极化作为微带天线理论和技术应用的一个重要分支，被广泛的运用于雷达、导航、卫星等电子系统中。
由于其特性，使得收发天线间有很强的角度位置定位灵活性，并且能减小信号的多路径干扰和其他的一些影响。
本文对圆极化微带天线进行了深入研究，具体工作如下：1、文中首先阐述了微带天线的基本理论和主要设计方法，分析了微带天线圆极化有几种方法。
并对比分析方法的优劣，哪种方法更适合什么样的研究方向，为微带天线双馈圆极化的设计提供了依据。
2、微带天线的圆极化技术，重点研究了矩形贴片天线通过切角和双馈电的方式实现圆极化。
采用仿真软件Ansoft HFSS对其进行仿真设计，并对结果进行对比，找到合适的馈电点和馈电网络。
本文所设计的圆极化微带天线具有普遍适用性，能满足不同形状的要求，可提高驻波比带宽，抑制交叉极化，提高轴比，但是馈电网络复杂，成本比较高，尺寸也比较大，有一定的局限性。
关键词：圆极化，微带天线，馈电网络，HFSSCircularly polarized microstrip antenna research and designABSTRACTThe microstrip antennas is a kind of new antenna which in the recent 30 years develop gradually. As early as put forward microstrip antennas's concept in 1953, but has not brought to the engineering attention, obtained more development since the mid-1970s microstrip antennas theory.It is small as a result of the microstrip antennas volume, the weight is light, the feed way is flexible, cost low, easy and merits and so on goal altogether shape, but the depth is loved by the people , in the radar, the mobile communication, the satellite communication, domains and so on whole world satellite positioning system obtains the widespread application.The circular polarization takes the microstrip antennas theory and a technical application important branch, by widespread utilization in electronic systems and so on radar, guidance, satellite. As a result of its characteristic, enables between the dual-mode antenna to have the very strong angle position localization flexibility, and can reduce the signal the multi-way disturbance and other influences.This article has conducted the deep research to the circular polarization microstrip antennas, the concrete work is as follows in1．the article first elaborated microstrip antennas's elementary theory and the main project analysis method, analyzed microstrip antennas's circular polarization to have several methods. And the contrastive analysis method's fit and unfit quality, which method suits what research direction, has provided the basis for the microstrip antennas double-fed circular polarization's design.2．microstrip antennas's circular polarization technology, studied the rectangle to paste the piece antenna with emphasis realizes the circular polarization through the tangential angle and the double feed way. Uses simulation software Ansoft HFSS to carry on the simulation design to it, and carries on the contrast to the result, found the appropriate feeding point and the feed network.This article designs the circular polarization microstrip antennas has the universalserviceability, can satisfy the different shape the request, may enhance the standing-wave ratio band width, suppresses the cross polarization, enhances the axial ratio, but the feed network is complex, the cost comparison is high, the size is also quite big, has certain limitation.key word: Circular polarization, microstrip antennas, feed network,HFSS目录摘要 (I)ABSTRACT (II)第一章绪论 (1) (1) (2)第二章微带天线基本理论 (3) (3) (3) (4) (4) (4) (5) (6) (6) (7) (7) (8) (8) (9) (10) (10) (10) (11) (11) (12) (12) (12) (13)第三章圆极化微带天线 (15) (15) (16) (17) (18) (19) (19) (19) (19) (19) (19) (21) (21) (21) (21) (22) (22)第四章仿真分析 (26) (26) (26) (26)： (26) (26)： (27)矩形贴片天线切角圆极化 (27) (27) (27) (28) (28) (30)矩形贴片天线外加馈电网络圆极化 (34) (34) (35)本章小结 (38)结束语 (40)参考文献 (41)致谢 (42)附录英文资料及译文 (43)第一章绪论课题背景随着科学技术的飞速发展，现代社会已经进入信息时代，信息的快速而广泛的传递形成了现代社会最重要的特征。
圆极化微带天线的设计与研究
摘要微带天线具有体积小，重量轻，低剖面，制造成本低，易于批量生产，易于和微带线路集成等特点，能得到单方向的宽瓣方向图，易于实现双频段、双极化等多功能工作。
这些优点使得微带天线在大约100MHz～100GHz宽广频域上，广泛应用于包括卫星通信、雷达、遥感、制导武器以与便携式无线电设备。
论文首先回顾了微带天线的发展史，介绍了它的结构、优缺点与应用，然后给出了微带天线的几种分析方法，包括传输线法，空腔模型法，积分方程法等，并介绍了微带天线圆极化的原理和实现方法以与微带天线的馈电方式。
然后在Ansoft HFSS中创建了一个单馈圆极化微带天线和双馈圆极化微带天线，分析了S11和VSWR参数，画出了方向图。
为了实现圆极化，进行了轴比的优化仿真，达到了较为理想的结果。
关键词：微带天线、圆极化、轴比AbstractThe microstrip antennas has the volume to be small, the weight is light, the low section plane, the production cost is low, easy volume production, easy and characteristics and so on microstrip line integration, can obtain the single direction wide petal directional diagram, easy to realize, the double polarization dual range and so on multi-purpose work. These merits cause the microstrip antennas in approximately the 100MHz-100GHz broad frequency range, widely applies in includes the satellite communication, the radar, the remote sensing, the guided weapon as well as the portable wireless apparatus.The paper first reviewed microstrip antennas's history, introduced its structure, the good and bad points and the application, then have given microstrip antennas's several analysis method, including the transmission long-base method, the cavity modeling, the integral equation law and so on, and introduced the microstrip antennas circular polarization's principle and realizes the method as well as microstrip antennas's feed method. Then AnSoft Hfss in the creation of a single-fed circular polarization microstrip antenna and double-fed circular polarization microstrip antenna and double-fed circular polarization microstrip antenna, the analysis of the S11 and VSWR parameters, to draw a pattern. In order to achieve circular polarization, the axis carried on the optimization simulation, to a more satisfactory results.Key words：microstrip antenna；circularpolarization; axial ratio目录摘要IABSTRACTII目录III第一章绪论1§1.1微带天线的发展1§1.2微带天线的定义和结构1§1.3微带天线的优缺点2§1.4微带天线的应用3第二章微带天线的原理技术4§2.1微带天线的辐射机理4§2.2微带天线的分析方法5§2.2.1 传输线模型法5§2.2.2 空腔模型法8§2.2.3 积分方程法8§2.3微带天线的馈电方法9§2.4微带天线圆极化技术10§2.4.1 圆极化天线的原理10§2.4.2 圆极化实现技术11§2.5其他形式的微带天线15第三章圆极化微带天线的仿真与优化19§3.1A NSOFT HFSS高频仿真软件的介绍19§3.2圆极化微带天线的仿真优化19§3.2.1圆极化微带天线的仿真设计19§3.2.2天线轴比的优化22第四章双馈圆极化微带天线的设计25§4.1两路微带等功率分配器的设计与仿真25§4.2双馈圆极化微带天线的仿真分析29§4.2.1创建天线模型29§4.2.2 优化天线模型33致 37参考文献37第一章绪论§1.1 微带天线的发展微带天线的概念早在1953年就已经提出了，但并未引起工程界的重视。
微带天线实现圆极化的方法
微带天线实现圆极化的方法引言：微带天线是一种常用的天线，具有结构简单、体积小、重量轻、制造成本低等优点。
在无线通信、雷达系统和卫星通信等领域得到了广泛的应用。
而圆极化天线则具有抗多径衰落、提高信号质量的优势。
因此，研究如何通过微带天线实现圆极化成为一个重要的课题。
一、圆极化天线的基本原理圆极化天线是指其辐射电磁波的电场矢量沿着一个圆轨迹变化。
与之相对的是线极化天线，其辐射电磁波的电场矢量沿着一条直线变化。
圆极化天线可以分为左旋圆极化和右旋圆极化两种。
在实际应用中，我们常常希望通过微带天线实现圆极化，以满足不同的通信需求。
二、微带天线实现圆极化的方法1. 旋转馈电点：最常见的实现圆极化的方法是通过旋转馈电点来改变天线的辐射特性。
具体而言，可以通过改变馈电点的位置、角度或距离等参数来实现圆极化。
这种方法简单易行，但需要进行频率调谐以达到最佳效果。
2. 引入相位延迟器：相位延迟器是一种用于改变电磁波相位的装置。
通过在微带天线的馈电线路中引入相位延迟器，可以使得不同位置的辐射元件在相位上存在差异，从而实现圆极化。
这种方法可以实现宽频带的圆极化，但需要进行精确的相位控制。
3. 增加辐射元件：通过在微带天线上增加辐射元件，可以改变天线的辐射模式，从而实现圆极化。
常见的辐射元件包括偶极子、贴片和补偿器等。
这种方法可以实现较宽的工作频带和较高的圆极化效率。
4. 利用反射面：通过在微带天线周围放置反射面，可以改变天线辐射的波前分布，从而实现圆极化。
反射面可以是金属板、金属网格或金属棱镜等。
这种方法可以实现较高的圆极化效率，但对天线的尺寸和结构有一定要求。
5. 利用耦合器：耦合器是一种用于将微带天线与其他天线或电路相连的装置。
通过在馈电线路中添加合适的耦合器，可以实现微带天线的圆极化。
这种方法具有结构简单、制造成本低等优点，但需要进行精确的设计和调试。
结论：微带天线是一种常用的天线，通过改变天线的结构和工作原理，可以实现圆极化。
(完整word版)圆极化微带天线设计
GPS圆极化微带天线设计1.1微带天线简介微带天线是在一块厚度远小于工作波长的介质基片的一面敷以金属辐射片7面全部敷以金属薄膜层做接地板而成°GP茨线通常使用平面天线和螺旋形天线。
近年来微带天线由于具有重量轻,体积小，易于实现圆极化。
而GP功能在个人行动通讯设备特别是手机中的普及，更使得GP头线的小型化研究成为十分热门的话题。
1.2GPS微带天线结构与原理上图是一个简单的微带天线结构，由辐射元，介质层和参考地三部分组成。
与天线性能相关的参数为辐射元的长度L,辐射元的宽度W,介质层的厚度h,介质的相对介质电常数& r ，介质的长度和宽度。
1.3辐射机理理论上可以采用传输线模型来分析其性能，假设辐射贴片的长度近似的为半波长，宽度为w,介质基片厚度为h,工作波长为入；我们可以将辐射贴片，介质基片和接地板视为一段长度为入/2的低阻抗微带传输线，在传输线的两端断开形成开路。
由于介质基片厚度hvv入，故电路沿着h方向基本没有变化。
最简单的情况可以假设电场沿着宽度w方向也没有变化。
那么在只考虑主模激励（TM10 模）的情况下辐射基本上可以认为是由辐射贴片开路的边缘引起的。
在两开路的电场可以分解为相对于接地板的垂直分量和水平分量，由于辐射贴片长度约为半个波长，所以两垂直分量方向相反，水平分量方向相同。
因此，两开路端的水平分量电场可以等效为无限大平面上同相激励的那个缝隙，缝隙的宽度为厶L （近似等于基片厚度h）,长度为w,等效缝隙相距为半波长，缝隙的电场沿着w方向均匀分布，电场方向垂直于w。
1.4微带天线贴片尺寸估算考虑到边缘缩短效应后，实际的辐射单元长度 L 应为L 二—c-2 △ L 式中e 是有效介电常数，△ L 是等效辐射缝隙长度, f ” e 同轴线馈电点的位置，宽度方向上馈电点的位置一般在中心点， 在长度方向上边 缘处（x= L/2 ）的输入阻抗最高。
由以下的公式计算出输入阻抗为 50欧姆的馈 电点位置： L12HFSS 设计环境概述2.1模式驱动求解。
L波段矩形切角圆极化微带天线的设计
微 带 天 线 作 为 平 面 型 天 线 ， 有 低 剖 面 、 共 形 、 量 具 易 重 轻 、 加 工 、 组 阵 等 优 点 ］ 随 着 集 成 电 路 技 术 和 光 刻 易 易 。 工艺 的进步 ， 带天线 的应 用 也越 来 越 多 ， 卫星 通信 、 微 在 雷 达 监 测 、 线 通 信 和 射 频 测 量 等 领 域 微 带 天 线 都 有 广 泛 的 无 应用 。在航 天飞 行 器 中 ， 于 飞 行 器 位置 姿 态 不 固定 ， 由 它 们 的 通 信 测 控 设 备 都 要 求 共 形 的 、 量 轻 、 积 小 而 又 成 重 体 本 低 的 圆 极 化 天 线 。 圆 极 化 微 带 天 线 恰 是 能 满 足 这 些 要
（ 京 航 空 航 天 大学 电磁 Ｘ 程 实验 室 北 京 １ ０ １ 北 － ０１ ） ９
摘 要 ：设 计 了一 种 工 作 在 Ｉ 波 段 （ 心 频 率 为 １ ６ＧＨｚ 的 圆极 化微 带 天 线 ， 天 线 在很 宽 的 波 束 范 围 内 实 现 了 良 中 ． ） 此 好 的 圆极 化特 性 （ － ０ 角 度 范 周 内 ， ４６。 圆极 化 轴 比 Ａ ＜ ３ｄ ） 天 线 采 用 传 统 的 同 轴 线 背 馈 的 馈 电 方式 ， 体 结 构 简 单 ， Ｒ Ｂ ， 整 制 作 成 本 低 ， 且 实 现 了 天 线 的 低 剖 面 性 ， 有 广 泛 的应 用 价 值 。 并 具
Ｗ ａ ｇＷ ｅ Ｍ ｉｏＪ ｎ ａ ｇ Ｌｉｎ ｉ ｎ ｉ ａ ｕ ｇ ｎ ａｇＢｎ
（ ｌ ｔ ｍａ ｎ ｔ ｎ ｉｅ ｒ ｇ Ｌ ｂ ｒｔ ｒ ｆ ｅ ｉｇ Ｕｎｖ ｒｉ ，Ｂ ｉｎ ０ １ １ Ｅｅ ｒ ｃ ｏ ｇ ｅ ｉ Ｅ ｇｎ ｅｉ ａ ｏ ａｏ ｙ ｏ ｉｎ ｉｅ ｓ ｙ ｅ ｉｇ １ ０ ９ ） ｃ ｎ Ｂ ｊ ｔ ｊ
用于北斗定位系统的圆极化微带天线的设计
本文应用但未涉及工作：
切角微扰的概念，如何实现圆极化加强的原因 ？
腔模理论推论贴片尺寸与谐振频率的具体表达 公式。
单点馈电的微带天线谐振频率较为敏感，如何 改进？
解决低仰角增益是核心问题，根据仿真中的经 验证明，底座高度与辐射板面积对提高增益有 帮助，那么规律是什么？
切角面积与馈电位置的关系
答辩人：韩景波 专业：科技0505 指导老师：商峰
腔模理论基本推导： 完成仿真： 制作实物：
场的驱动 技术的发展
选用哪种类型辐射片形状
如何实现10MHz带宽内的匹配问题 如何实现圆极化的旋向
方形+镜像带线=矩形 优点：数学模型简单
天线效率高 易仿真
方形贴片天线可看作是 半波长辐射器
初步确定方形贴片的大小， 在仿真中通过进一步调整 贴片尺寸和加镜像带线的 方式可实现匹配
单点馈电的可行性 切角微扰强化圆极化
GPS右旋
北斗左旋
5.36db -0.83db
3.62db -3.34db
材料技术落后，介质板材料密度不均匀。 加工工艺和精度不好。 环境因素，如湿度。 天线帽对场的干扰。
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Freq=1.575GHz
Theta=0 Phi=0
Freq=1.575GHz
<=-20 <=1
优化分析
优化分析结果
优化分析
查看天线优化后的性能
单馈电圆极化天线实现原理
右旋圆极 化馈电点
dp
W=Lc-a
d
y x
左旋圆极
dp 化馈电点
L=Lc+a
h
FR4 Epoxy
Kalio和Carver Coffey研究 证明，理论上当L/W=1.029 即a=0.0142LC时，TM01和 TM10两个模式的相位差为90o
由实际经验可以得到，此种结构的50Ω馈电点位于贴片对角线 上，且馈电点和辐射贴片顶点的距离dp在（0.35~0.39）d之间。 设馈电点到贴片中心距离为L1，则L1在（0.11~0.15）Lc之间
查看输入阻抗和馈电位置的关系
添加L1的参扫：范围7.4mm~9mm，间隔0.2mm
分析结果：①输入阻抗随L1的变大而变大 ； ②当L1=8.8mm时，输入阻抗约为50Ω
优化分析
名称
符号
范围
条件
L1 优化变量
Lc
8mm~9mm 44mm~45mm
dB(S(1,1))
目标函数 dB(AxialRatioVa lue)
单馈电圆极化天线设计要求
类型范围：右旋圆极化GPS接收天线 中心频率：1.575GHz 波的轴比：小于2.0dB 馈电类型：单点馈电 介质基片：1.6mm的FR4 Epoxy
单馈电圆极化天线设计步骤
① 仿照设计2方法计算谐振频率1.575GHz辐射贴片初始尺寸：
② L=W=Lc=46.1mm 设置微调长度a=0.0143Lc
H L0 W0 L1 Length L2 Lc Delta
1.ห้องสมุดไป่ตู้mm Lc-Delta Lc+Delta 6.9mm
50mm L1
46.1mm 0.0143*Lc
查看天线的谐振点
m
f 1.53GHz
S11 -16.89dB
在初始尺寸下的谐振频率为1.53GHz，而设计要求中心频率为 1.575GHz，因此需要参数扫描分析谐振频率和Lc的关系
① 将设计3的设计文件Dual_Patch.hfss改为CP_Patch.hfss并保存
② 添加并修改设计变量 ③ 修改端口位置：选中Port和Feed ④ Center Position：-L1，L2，0mm ④ 更改求解频率和扫频范围 ⑤ 中心频率：1.575GHz ⑥ 扫频范围：1.3GHz~1.8GHz
查看天线谐振频率和天线尺寸的关系
添加参扫Lc：范围44mm~45.2mm，间隔0.1mm
分析结果：①谐振频率随Lc的变大而降低 ；
②当Lc在
44.4mm~44.5mm之间时，谐振频率在1.58GHz~1.57GHz之间
查看输入阻抗和馈电位置的关系
查看当Lc=44.45mm时的输入阻抗
实部 虚部
当工作频率为1.575GHz时，输入阻抗为（32.34+j8.51）Ω， 要使输入阻抗为50 Ω左右，则L1的值必须大于初始值6.9mm。
② 估算输入阻抗50Ω的同轴馈电点位置：
x，y方向距贴片中心均为L1=0.15L=6.9mm
③ 使用HFSS仿真参数和优化功能给出谐振频率为1.575GHz贴片
天线的实际尺寸和实际馈电位置
④ 使用HFSS优化功能求的满足下列要求的贴片尺寸和馈电位置：
⑤
S11 <-20dB，轴比小于1dB
单馈电圆极化天线HFSS仿真
单馈电圆极化天线实现原理
同轴线的馈电点位于辐射贴片的对角线位置时，可以激发 TM10和TM01两个模式如果让辐射贴片的长宽相同，这样激发 的两个模式的频率相同、强度相等，而且两个模式电场的相位 差为零。若辐射贴片谐振长度Lc，微调谐振长度：L=Lc+a W=Lc-a。前者对应容抗，后者对应感抗，调节a的值，使每一 个阻抗实部和虚部相等（B=G），则两阻抗大小相等，相位分 别为-45和+45，这就满足了圆极化条件