【導(dǎo)讀】微帶圓極化天線的研究具有重要的工程價值。本文對圓極化微帶天線進(jìn)行了深入。化微帶天線，并定性的比較了切角深度對軸比帶寬的影響。仿真得出了S參數(shù)、，觀察方向圖的變化，在此基礎(chǔ)上驗(yàn)證介質(zhì)厚度對天線性能的影響。

　　

【正文】 v e In f od B ( G a i n T o t a l )S e t u p 1 : S w e e p 1F r e q = 39。 1 . 2 6 8 G H z 39。 P h i = 39。 0 d e g 39。N a m e T h e t a A n g M a gm1 0 . 0 0 0 0 0 . 0 0 0 0 2 . 1 2 3 1 圖 （ b） h=7mm 時的增益 1 . 2 4 1 . 2 5 1 . 2 6 1 . 2 7 1 . 2 8 1 . 2 9F re q [ G H z ]0 . 0 05 . 0 01 0 . 0 01 5 . 0 02 0 . 0 02 5 . 0 03 0 . 0 0dB(AxialRatioValue)A n s o f t C o r p o r a t i o n H FS S D e s i g n 9X Y P l o t 1 0m1m2 m3C u r v e In f od B ( A x i a l R a t i o V a l u e )S e t u p 1 : S w e e p 1P h i = 39。 0 d e g 39。 T h e t a = 39。 0 d e g 39。N a m e X Ym1 1 . 2 6 8 0 3 . 6 3 3 6m2 1 . 2 6 6 0 5 . 0 4 0 8m3 1 . 2 7 1 0 5 . 0 2 8 9 圖 （ a） h=7mm 時 ， 的軸比 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 23 頁 共 32 頁 2 0 0 . 0 0 1 5 0 . 0 0 1 0 0 . 0 0 5 0 . 0 0 0 . 0 0 5 0 . 0 0 1 0 0 . 0 0 1 5 0 . 0 0 2 0 0 . 0 0T h e t a [ d e g ]0 . 0 01 0 . 0 02 0 . 0 03 0 . 0 04 0 . 0 05 0 . 0 06 0 . 0 0dB(AxialRatioValue)A n s o f t C o r p o r a t i o n H FS S D e s i g n 9X Y P l o t 1 1m3m4m5C u r v e In f od B ( A x i a l R a t i o V a l u e )S e t u p 1 : S w e e p 1F r e q = 39。 1 . 2 6 8 G H z 39。 P h i = 39。 0 d e g 39。N a m e X Ym3 0 . 0 0 0 0 3 . 6 3 3 6m4 7 0 . 0 0 0 0 6 . 4 4 2 1m5 7 0 . 0 0 0 0 6 . 7 6 6 0 圖 （ b） h=7mm 時 處的軸比 通過上面的幾張仿真圖，對比 中 h=5mm 時的仿真結(jié)果，列表如下： h S11最低點(diǎn)（ dB） 阻抗帶寬 （ MHz） 軸比最低點(diǎn) （ dB） 軸比帶寬 （ MHz） 增益 （ dB） 5mm 9 3 7mm 5 5 初步可以看出 介質(zhì)厚度對天線性能的影響，隨著介質(zhì)厚度的增加，增益和軸比帶寬都有所增加。 而阻抗帶寬下降，這與參考資料不符 [25]。 其原因可能是由于天線方向圖背瓣較大，所以不能完全反應(yīng)其性能，軸比等調(diào)的時候也比較困難，所以我們在下一章中進(jìn)一步探究這問題。 本章小結(jié) 本章進(jìn)一步仿真了介質(zhì)厚度為 7mm 時的天線性能，經(jīng)過對比，天線的性能有所改變，由于方向圖不是很理想，有待下一章進(jìn)行詳細(xì)地討論歸納。 5. 地板對天線性能影響的探究 地板變大對天線增益的影響 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 24 頁 共 32 頁 由于上一章中提到的天線背瓣較大，探其是否由 于地板過小導(dǎo)致，所以在這一章中對地板進(jìn)行修正，把地板擴(kuò)大到 80mm*80mm，如圖 ，此處介質(zhì)的介電常數(shù)仍為 18，損耗角正切改為 。 h=5mm 的最佳尺寸表見圖 ,仿真得的增益結(jié)果如圖 。 圖 地板改大后的模型圖 圖 地板擴(kuò)大后 h=5mm 時的最佳尺寸 3 . 6 01 . 2 01 . 2 03 . 6 090603003 06 09 01 2 01 5 01 8 0150120A n s o f t C o r p o r a t i o n H FS S D e s i g n 4R a d i a t i o n P a t t e r n 1m1C u r v e In f od B ( G a i n T o t a l )S e t u p 1 : L a s t A d a p t i v eF r e q = 39。 1 . 2 6 8 G H z 39。 P h i = 39。 0 d e g 39。N a m e T h e t a A n g M a gm1 0 . 0 0 0 0 0 . 0 0 0 0 4 . 7 4 1 1 圖 地板為 80mm*80mm 時的天線增益仿真圖 改變地板大小后方向圖背瓣明顯減小，θ =0176。方向增益也增大不少，分析其原因一定程度上是因?yàn)榈匕宓脑龃?，場的反射面就變大，能?能更方便地輻射出去。 地板變大后介質(zhì)厚度對天線性能的影響 由于地板較小時天線的方向圖 背瓣 太大，有諸多缺點(diǎn)，如 導(dǎo)致在天線背面形成一個覆蓋強(qiáng)場 ， 引起對另外扇區(qū)的干擾 ， 影響 它 們的覆蓋 ， 也導(dǎo)致天線正常覆蓋方向的覆蓋距離過短 。所以在 中進(jìn)行了改善，把地板增大，背瓣減少了，讓更多的能量輻射出去，使天線獲得較好的性能，再在此基礎(chǔ)上探究并驗(yàn)證 中的結(jié)論，并對介質(zhì)厚度的變化對天線阻抗帶寬的影響做更深一步的探究，看是否與一般規(guī)律相符。 介質(zhì)厚度對阻抗帶寬的影響 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 25 頁 共 32 頁 隨著微帶天線應(yīng)用越來越廣 ， 對于如何 展寬天線的帶寬 已 經(jīng)出現(xiàn) 了很多有效的方法 ， 其基本方法有以下 幾種 ： (1)增大微帶介質(zhì)的厚度； (2)降低微帶介質(zhì)的介電常數(shù)； (3)采用有耗介質(zhì)； (4)附加阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)等 [25]。 前兩種方法制作起來比較簡單，容易加工；第三種方法以天線增益的降低為代價；第四種方法需要設(shè)計(jì)寬帶匹配電路，電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制作難度大。 中出現(xiàn)了與一般理論相違背的結(jié)論，可能是由于沒能調(diào)到最好的軸比，沒有實(shí)現(xiàn)較好的圓極化，在此進(jìn)行進(jìn)一步的探究，當(dāng)?shù)匕鍨?80mm*80mm 時，再對 h=7mm、9mm 時仿真，則得到如圖 、 兩張最佳尺寸表。 圖 h=7mm 時最佳尺寸表 圖 h=9mm 時最佳尺寸表 通過 matlab 軟件對 h 分別為 5mm、 7mm、 9mm 三種介質(zhì)厚度進(jìn)行仿真，對數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，得如下圖 。 圖 不同介質(zhì)厚度下的 S11曲線 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 26 頁 共 32 頁 由圖 得隨著介質(zhì)厚度的增加，天線的阻抗帶寬逐步增大， 與理論相符 [25]。 介質(zhì)厚度對軸比帶寬的影響 對比三種介質(zhì)厚度下的軸比帶寬，得 介質(zhì)厚度的增加，天線的軸比帶 寬也隨之增大，但增大的幅度較小，如圖 。 圖 不同介質(zhì)厚度下的軸比 介質(zhì)厚度對增益的影響 對比三種介質(zhì)厚度下的天線增益，得 介質(zhì)厚度的增加，天線的增益也隨之增大，但增加的幅度不大，如圖 。 圖 不同介質(zhì)厚度下的增益 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 27 頁 共 32 頁 本章小結(jié) 本章通過 擴(kuò)大地板尺寸獲得了背瓣較小的方向圖，增益也有所增加。在這基礎(chǔ)上進(jìn)一步探究不同介質(zhì)厚度對天線阻抗帶寬、軸比和增益的影響，發(fā)現(xiàn)隨著厚度的增加，三者都隨之增加，增加的程度不一。 6. 實(shí)驗(yàn)探究 實(shí)踐是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)，接下來我對所設(shè)計(jì)的天線進(jìn)行了貼片實(shí)驗(yàn)，在實(shí)驗(yàn)過程中也有很多技巧，其中要注意幾點(diǎn)：（ 1）防止虛焊；（ 2）盡量保持貼片平整、對稱；（ 3） 若測得的天線工作頻點(diǎn)偏低，則需再刮掉銅片；若偏高則需再增貼銅片；（ 4）多次測量時要保持發(fā)射天線和接收天線的距離不變，方便前后數(shù)據(jù)的對比；（ 5） 要防止地面、墻壁、天花板及其它周圍物體反射和散射的影響 。 我們使用的是 AV3629JX 微波一體化矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀 如圖 ，測阻抗匹配時則觀察 S11曲線， 這個能在矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀上直接看出。 在 測軸比時 將被測天線作為發(fā)射天線，將輔助的線極化天線作為接收天線， 利用一個 轉(zhuǎn)動裝置 ，轉(zhuǎn)動裝置由一個空心圓柱腔和前面的擋板組成，擋板中間有一小圓洞的方便天線的同軸穿進(jìn)穿出。將圓柱架起來，與輔助接收天線中心點(diǎn)位置對準(zhǔn)， 在架子上再 加工一個固定天線的裝置，這樣轉(zhuǎn)動小圓柱的時候，也就在轉(zhuǎn)動天線， 天線的平面互相平行，滿足了圓極化測試的要求 。 沿 被測天線的機(jī)械軸轉(zhuǎn)動，記下與旋動角相應(yīng)的各個 S21參數(shù) ， 軸比 則 由 觀察 S21曲線沿天線轉(zhuǎn)動角度的變化的最大值與最小值的差決定 。 切角的深度直接影響軸比，中心頻率也稍許受影響，利用轉(zhuǎn)動裝置慢慢轉(zhuǎn) 動天線，盡量在各個角度都測到，當(dāng)插損 S21變化范圍在 5dB 之內(nèi)時符合工程設(shè)計(jì)要求。實(shí)驗(yàn)的天線貼片如圖 ， 尺寸為 *，與仿真結(jié)果相符， S11最低點(diǎn)位于 處，為 ，符合工程設(shè)計(jì)要求，測試所得的圖如圖 所示。 切角深度為 , 與仿真結(jié)果相符， S21保持在 52dB～ 56dB之間 如圖表 ，相差4dB，也符合工程設(shè)計(jì)要求。 增益由于實(shí)驗(yàn)裝置的局限性，沒法測量，這也是本次實(shí)驗(yàn)的遺憾之處 。 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 28 頁 共 32 頁 圖 貼片圓極化天線實(shí)物圖 圖 矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀 圖 實(shí)驗(yàn)所測得的 S11 和 S21圖 0176。 20176。 40176。 60176。 80176。 100176。 120176。 S2（ dB） 140176。 160176。 180176。 200176。 220176。 240176。 260176。 S21（ dB） 280176。 300176。 320176。 340176。 360176。 S21（ dB） 圖 實(shí)測 S21隨旋轉(zhuǎn)角度變化表 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 29 頁 共 32 頁 結(jié) 論 圓極化微帶天線具有諸多 優(yōu)點(diǎn)，正是 當(dāng)前研究的熱點(diǎn)，并且在通信、導(dǎo)航和制導(dǎo)等領(lǐng)域具有很好的應(yīng)用前景， 但是由于它本身還存在著的一些固有的缺陷，需要進(jìn)一步多方面的改善， 本文正是基于 對單元天線的影響因素的探究來改善天線的功能，主要完成的研 究工作如下 : 軟件成功地 設(shè)計(jì)了工作在 的單個圓極化微帶天 線，定性的比較了切角深度對于 軸比帶寬的影響。針對同軸 單饋天線，改變介質(zhì)的厚度 比較分析了 其對阻抗帶寬、 軸 比帶寬和增益等的影響 。 ，需要獲得高增益的天線，則需要對方向圖有所改進(jìn)，通過探究發(fā)現(xiàn)改變地板的大小能使背瓣變小，能量更多地輻射出去。但是由于地板太大，不方便加工，所以還是用同地一樣的尺寸。 盡管本文取得了一些成果，許多工作還有待進(jìn)一步完善和深入研究，例如本文設(shè)計(jì)的天線 在實(shí)測過程中由于儀器的局限不能測增益所以無法探究實(shí)測的增益到底多大。 由于時間 有限， 在地板變大時采用了損耗角為 的介質(zhì)也不方便同前邊地板較小時的損耗角為 的天線比較增益。 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 30 頁 共 32 頁 致 謝 本學(xué)位論文是在我的指導(dǎo)老師 王昊 老師的親切關(guān)懷與細(xì)心指導(dǎo)下完成的。從課題 的選擇到論文的最終完成， 王 老師始終都給予了細(xì)心的指導(dǎo)和不懈的支持， 王 老師宅心仁厚， 淡泊名利， 對學(xué)生認(rèn)真負(fù)責(zé)，在他的身上，我們可以感受到一個學(xué)者的嚴(yán)謹(jǐn)和務(wù)實(shí)， 年輕的他讓我感受到了拼搏的力量， 這些都讓我們獲益 匪 淺，并且將終生受用無窮 ，所謂“一日為師，終身為父”， 希望借此機(jī)會向 王昊 老師 表示最衷心的 感謝！ 此外，本文最終得以順利完成，也是與其他老師 和學(xué)姐學(xué)長 的幫助分不開的，雖 然他們沒有直接參與我的論文指導(dǎo)，但在 設(shè)計(jì)時 也給我提供了不少 寶貴 意見， 幫助了我很多很多，如戴老師、楊琬琛學(xué)姐、孫為昭學(xué)長等等， 在此向 他們 表示深 深的感謝！ 最后要感謝的是 我的家人、親友對我多年來的求學(xué)所給予的理解、鼓勵和生活上 的照顧，特別要感謝