多模印刷圆极化天线研究

多模印刷圆极化天线研究作为接收和发射无线电波的装置,天线性能优劣直接影响着整个无线系统的性能。圆极化天线能够抑制雨雾干扰,减小多径反射,从而被广泛应用于卫星通信,卫星导航,移动通信等领域。随着PCB技术的发展,具有轻重量、小体积、低成本、简单结构和组装容易等优点的圆极化印刷天线成为了研究热点。因而,研究能够适应现代无线系统的印刷圆极化天线具有重要的意义。本文以多模多频、宽带圆极化天线作为设计目标,通过分析和构造天线的谐振模式,对于多模多频圆极化天线、多模宽带圆极化天线和全向圆极化天线进行了研究。作者的主要贡献可以概括为:1.多模式多频圆极化天线工作原理和设计方法研究,通过构造多个谐振模式实现多频圆极化辐射。采用小型化折叠环形缝隙作为辐射单元,使用双层缝隙设计两个圆极化工作频带,采用阶梯微带线进行双频匹配,提出了一种单馈双频圆极化天线的设计方法,并给出了应用于不同系统的天线设计实例;针对无线能量传输系统双频段、圆极化和二次谐波抑制的需求,采用加载缝隙的双频微带贴片天线,通过在馈线上并联枝节和分支线结构实现了2.45GHz和5.8GHz的双频匹配与二次谐波抑制。在上述研究的基础上,通过环形缝隙、反射板和同轴馈线构造了低剖面微带贴片-环形缝隙双模天线和微带贴片-环形缝隙-单极子三模天线,对谐振辐射模式的构成方式,工作原理以及谐振频率的调谐方法进行了研究,设计出覆盖GPSL1和L2频段的低剖面双模双频圆极化天线以及覆盖GPSL1/L2频段和CDMA通信频段的具有方向图分集特性的三模三频天线。对所设计的天线进行了实物加工和测试。2.印刷宽带多模式圆极化天线研究,设计了三款实现原理各不相同均具有宽带特性的圆极化天线。利用共面波导两条缝隙的多模工作特性,通过分支线微带馈电结构分别激励共面波导的奇偶模,其中奇模形成缝隙辐射器,偶模形成传输线激励单极子,分别产生的两个正交的线极化辐射叠加形成了圆极化辐射,设计了一款单极子-缝隙宽带圆极化天线,实现了47%的工作带宽。在第三章微带贴片-环形缝隙双模双频天线基础上,利用两个模式之间的能量耦合,设计了一款具有宽带特性的双模天线,在21%的相对带宽内实现了圆极化的定向辐射。应用电磁超材料——HIS作为辐射器,设计了一款宽带圆极化天线,工作带宽为17%,剖面高度仅为2mm。并以此为单元组成了2X2的天线阵列,实现了13-16dBic的增益。研究了这些宽带圆极化天线的实现机理以及多模式构造和调谐方法,并制作了上述天线的样机,进行了天线测量。3.宽带低剖面全向圆极化天线以及天线的极化可重构技术研究,提出了一种紧凑的低剖面宽带全向圆极化天线。该天线由圆形微带贴片天线和6个曲折形缝隙辐射器构成。其中圆形微带贴片天线工作在TM01和TM02模式,具有垂直极化全向辐射;曲折形缝隙实现宽带全向水平极化辐射。这两种辐射器的辐射叠加形成了宽带全向圆极化辐射。接着,在上述研究基础上,通过PIN开关二极管改变缝隙辐射器的等效结构,实现了天线极化可重构的设计。仅通过一条直流控制线,天线的极化可以在左旋圆极化与右旋圆极化之间切换。对于全向圆极化天线的辐射机理,以及不同谐振器之间的能量耦合进行了研究。