【導讀】理論和積分方程法。第三章接著討論了微帶天線的圓極化理論，圓極化波的性質，以及如何實現(xiàn)圓極化，重點論述了單點饋電，雙點饋電的圓極化天線。論了微帶天線的寬頻帶和小型化技術，講述了多種實現(xiàn)小型化和寬頻帶的方法。本文在第五章討論小型圓極化天線的設計。運用了前面章節(jié)所述的基本理

　　

【正文】 56） 因此，矩形微帶天線的輻射場只需要在單縫隙天線的表達式中乘以二元陣的陣因子就可以了。這樣，矩形微帶天線的方向性函數(shù)就可以表示為： si n ( si n c o s ) si n ( c o s )22( , ) si n c o s( c o s )2si n c o s ( c o s )22k h k wkLFk h k w? ? ?? ? ? ?? ? ?? （ 57） 工程上關心較多的 是 E面和 H面的方向圖，于是可以得到 E面方向函數(shù)為： si n ( si n )2( , ) c o s( c o s )2c o s2EkhkLFkh?? ? ??? （ 58） 考慮到 kh1，所以式 58可以近似為： ( , ) c o s( c o s )2E kLF ? ? ?? （ 59） H面的方向性函數(shù)為： sin ( c o s )2( , )c o s2HkwF kw????? (510) 桂林電子科技大學畢業(yè)設計（論文）報告用紙 第 21 頁 共 35 頁 如果天線采用的是微帶線饋電的方式，假設饋電點到輻射貼片邊緣的拐角處的距離為 z，則微帶天線的輸入導納可以由下面的公式計算： 2222 2 100( ) 2 [ c os ( ) sin ( ) sin( 2 ) ]inG B BY z G z z zYY? ? ? ??? ? ? （ 511） 公式中， 0Y 是把天線視作傳輸線時的特性導納 ， ? 是介質中的相位常數(shù)， G是輻射電導， B是等效電納，且有： 2120IG ?? (512) 公式中， 220 s in ( c o s ) s in2kwI tg d? ? ? ? ?? ? （ 513） 0ekLB Z ??? （ 514） 公式中， 0Z 是把天線作為傳輸線時的特性阻抗。 在一般 情況下， G/ 0Y 1,B/ 0Y ，可以簡化為： 22() co s ( )in GYz z?? （ 514） 上面的式子中，除了 /2z??? ，該式均成立，可見，選取不同饋電點的位置可以獲得 不同的輸入阻抗。 圓極化微帶天線的設計仿真 根據(jù)上面的理論，我 們可知，圓極化微帶天線的設計有多種方法，下面我們將討論三種設計方案，實現(xiàn)所需指標。 圖 單片切角微帶天線 hfss模型 桂林電子科技大學畢業(yè)設計（論文）報告用紙 第 22 頁 共 35 頁 切角圓極化微帶天線的實現(xiàn)：由前面的理論可知， 矩形或圓形貼片微帶天線由一點饋電可產(chǎn)生幅度相等，正交的兩個簡并模 ,但不能形成 90176。相位差。為了在簡并模之間形成 90176。相位差 ,必須在矩形微帶天線上附加一個簡并模分離單元 ,使簡并模的諧振頻率產(chǎn)生分離。 根據(jù)以上理論完成圓極化微帶天線的 hfss仿真，所得參數(shù) 如下圖： 圖 天線 s11參數(shù) 結果分析：我們看以看出，天線的諧振頻率在 ，通過調整貼片大小，匹配線尺寸，均會影響到 s11，調整貼片的 L邊，謝振頻率會發(fā)生變化， L越長，頻率越低。但是我們也看到了天線的 10db以下的阻抗帶寬為 ，并沒有達到設計指標 。 帶寬小時微帶單層微帶天線的缺陷，我們也可增加電感的方式來增加帶寬，通過開縫，加槽或是改變形狀，但是均不能達到設計要求。 桂林電子科技大學畢業(yè)設計（論文）報告用紙 第 23 頁 共 35 頁 圖 天線軸比 結果分析：可以看出 3db圓極化帶寬為 ，圓極化帶寬非常小。 圖 天線電壓駐波比 圖 天線 3d方向增益圖 根據(jù)所需指標檢查天線指標，發(fā)現(xiàn)天線阻抗帶寬不足，為了提高阻抗帶寬，我們采用 4片圓極化微帶天線陣列。 陣列天線需注意阻抗匹配網(wǎng)絡的設計，根據(jù)微帶傳輸線四分之波長的變換性，可設 計如下匹配網(wǎng)絡。天線陣元之間的間距一般為二分之波長，并且通過軟件調試改變。 桂林電子科技大學畢業(yè)設計（論文）報告用紙 第 24 頁 共 35 頁 圖 圓極化陣列天線的模型 經(jīng)過 hfss仿真和優(yōu)化后，可得各個參數(shù)如下： 圖 天線 s11 結果分析：可以看出，天線的阻抗帶寬較大，達到了 ，天線陣列的很多因素都會影響到 s11，比如單元尺寸，匹配線尺寸，陣元之間的間距等。 桂林電子科技大學畢業(yè)設計（論文）報告用紙 第 25 頁 共 35 頁 圖 天線軸比 結果分析：與單片的圓極化天線相比，陣列天線的圓極化帶寬也相應變大了，達到了 。 圖 天線駐波比 圖 天線 3d增益圖 桂林電子科技大學畢業(yè)設計（論文）報告用紙 第 26 頁 共 35 頁 結果分析 :可以看出，天線的增益為 ，但是我們也看到了天線的旁瓣較大，方向性不好，這可能是天線之間的陣元距離較大所致。根據(jù)仿真結果來看，各項指標均達到，但是我們也可以看到陣列天線的缺陷，就是旁瓣較大，而且尺寸較大，不符合設計要求。 極化微帶天線的設計 口徑耦合饋電是上世紀八十年代提出的一種饋電方式 ，采用疊層結構， 疊層之間通過地面分開，饋線與微帶貼片之間通過接地面上的窄縫進行耦合 ， 口徑耦合饋電天線的各部分之間是分離的，可以分別進行優(yōu)化，制作工藝也相對簡單；口徑耦合貼片具有更多的設計參數(shù)，方便設計；采用這種饋電方式的天線上沒有劇烈的電流不連續(xù)點，相對較容易建模和分析；此外，口徑耦合天線的阻抗匹配很容易調節(jié)，所以通常具有顯著的阻抗帶寬。 圖 口徑耦合饋電 hfss模型 圖 耦合 饋電 s11參數(shù) 結果分析：天線的耦合縫隙一般開在輻射貼片的中間，以減少交叉極化。此種饋電方式的天線實現(xiàn)了從 ，在這種情況下，耦合縫隙的尺寸，貼片的大小，空氣層的厚度都會對 s參數(shù)產(chǎn)生影響。 桂林電子科技大學畢業(yè)設計（論文）報告用紙 第 27 頁 共 35 頁 圖 耦合饋電天線軸比參數(shù) 圖 耦合饋電天線輻射增益 結果分析：此種饋電的天線有較好的輻射特性，也實現(xiàn)的較大的增益，達到了 桂林電子科技大學畢業(yè)設計（論文）報告用紙 第 28 頁 共 35 頁 圖 耦合饋電天線的 s11實測 圖 耦合饋電天線駐波比實測 天線的實測結果分析：用矢量網(wǎng)絡分析儀實測天線的 s11參數(shù)，天線完全是現(xiàn)了從 ，從天線的駐波比測試圖來看，在帶寬范圍內(nèi)，同樣實現(xiàn)了較好的駐波比特性。 在天線的測試過程中，由于加工或是耦合縫隙對準存在誤差的問題，一開始并沒有完全實現(xiàn)指標，后來用銅皮不斷的調試，才得到了上圖的結果。 桂林電子科技大學畢業(yè)設計（論文）報告用紙 第 29 頁 共 35 頁 第六章 結論 通過此次圓極化微帶天線的設計，從最初的設計方案到最后制作出實物 ，并且通過測試， 不僅對自己所學的電磁場，微波技術，天線技術等課程有了更深的了解，而且自己親身經(jīng)歷這樣的一個過程，并且在老師和研究生學長的幫助下對天線進行調試，明白了怎么調試，為什么要這樣調試。 剛開始確立方案的時候， 決定了用單片切角型的貼片來實現(xiàn)圓極化， 但經(jīng)過多次調試，始終沒有達到 ，后來又多次改變了天線的形狀，嘗試了圓形，蝶形，矩形加半圓的方式，雖然有所改善，但是依舊沒有實現(xiàn)指標。后來就改用了陣列天線的形式，陣列天線要注意匹配網(wǎng)絡的設計，還有陣元之間的距離，在仿真過程中， 實現(xiàn)了較大的阻抗帶寬和圓極化帶寬，但是從方向圖來看，有較大的旁瓣，輻射特性較差，在分析了情況之后，嘗試將陣元之間距離減小，旁瓣情況有所改善，但是陣列天線尺寸較大，依舊不符合設計要求。最后，嘗試了用口徑耦合饋電的方式，雖然是兩層，但是尺寸明顯變小， 在這種情況下的仿真，可變因素就變得較多，貼片尺寸，耦合縫隙的大小，位置等都會對結果產(chǎn)生影響，關鍵是把握好天線參數(shù)的控制變量，比如諧振頻率，必須把握好那些因素會對它產(chǎn)生影響， 只要把握好了這些規(guī)律，就可在仿真中實現(xiàn)較好的指標。 最后，根據(jù)仿真制作了口徑耦合饋電的天線實物 ， 在天線的制作過程中，難免會有誤差，在實際測量時，也并沒有取得和仿真結果一樣的效果，但是后來經(jīng)過一系列的調試，主要是調節(jié)饋線的長度及寬度，最終實現(xiàn)了 的阻抗帶寬，并且得到了較好的駐波比特性和輻射特性。 桂林電子科技大學畢業(yè)設計（論文）報告用紙 第 30 頁 共 35 頁 謝辭 參考文獻 [1] 鮑爾 I J，布哈蒂亞 P．微帶天線．北京：電子工業(yè)出版社． 1985. [2] 張鈞等 .微帶天線理論與工程 .北京 :國防工業(yè)出版社， 1988. [3] 鐘順時 .微帶天線理論與應用 [M].西安電子科技大學出版社 , 1991. [4] Kraus JD,Marhefka R J 著 ,章文勛 ,譯 .天線 (第三版 )[M].北京 :電子工業(yè)出版社 , 2020. [5] 路德維格（ ）王子宇等譯。射頻電路設計－理論與應用。北京：電子工業(yè)出版社， [6] 項陽等．一種寬帶圓極化微帶天線陣的設計與制作［ J］ .電波科學學報． 2020，23 [7] 孫莉等．小型多饋源寬頻微帶天線分析與設計［ J］ . 微波學報 2020， 23( 6) . [8] Pozar Dm and Duffy S M A dual band circularly polarized ape~ure— coupled stacked microstrip antenna for~obal position satellite． IEEE Trans on Antennas Propagat． Vol 45， Nov． 1997 [9] David . . Publishing House of Electronics [10]Bao Xiu Long， Ammann M J， McEvoy Patrick． Microstripfed wideband circularly polarized printed antenna［ J］ .IEEE Transactions on Antennas and Propagation， 2020， 58( 10)