平面等角螺旋天线及巴伦的设计

论文摘要

本文对超宽带平面等角螺旋天线及其匹配巴伦的设计、优化和应用进行了研究。论文工作分为三部分:1、介绍了天线的主要性能指标,简述了计算天线电磁场的主要方法之一:有限元算法,然后设计了工作频带为0.4～2GHz的平面等角螺旋天线,并进行了优化。2、根据天线的平衡馈电特性和阻抗特性,设计了相应的平衡-非平衡转换器（通常称为巴伦）。3、深入探讨了平面等角螺旋天线的应用前景。文中首先简述了天线的主要性能指标,主要有:方向图、方向性系数、增益、极化、电压驻波比、有效长度和有效面积及带宽等;其次介绍了所采用的仿真工具:Ansoft HFSS,并讲解了其计算天线电磁场的主要方法:有限元算法;然后设计了工作频带为0.4～2GHz的平面等角螺旋天线,采用FR4印刷电路板为介质材料,天线直径D=600mm,厚度仅为1.6mm。采用Ansoft HFSS V.10进行仿真计算,计算出了天线的方向图、圆极化轴比、回波损耗等重要参数,结果显示:在0.4-2GHz频段内,天线增益达到3-7dB,圆极化轴比小于2,阻抗特性平稳,约140Ω,易于匹配,方向图形状较好。本文同时也探讨了介质板厚度、相对介电常数对天线阻抗和增益等性能指标的影响,再然后简单讲述了此类天线的应用及其在一种最新的组合式天线中的作用,特别指出了其在军事领域方面的应用前景。为了使天线输入阻抗与50Ω同轴电缆进行良好的匹配以及实现平衡馈电到非平衡馈电的转换,根据天线的宽频带阻抗特性的特点,设计了用于该天线平衡馈电及阻抗变换的巴伦。巴伦采用双面微带线结构,仿真计算结果表明,增加巴伦后,天线的回波损耗大大降低,从-8dB以上降低到-10dB以下,最低点达到了-48dB;同时,对增益和圆极化的轴比影响很小。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究背景与意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 本论文的主要工作和内容安排
• 第二章 平面等角螺旋天线的理论分析及设计
• 2.1 天线的主要性能技术指标
• 2.1.1 天线方向图
• 2.1.2 方向性系数和增益
• 2.1.3 输入阻抗和电压驻波比
• 2.1.4 有效长度和有效面积
• 2.1.5 极化
• 2.1.6 带宽
• 2.2 非频变天线
• 2.2.1 相似原理
• 2.3 平面等角螺旋天线
• 2.3.1 平面等角螺旋天线的数学模型
• 2.3.2 等角螺旋天线的辐射场解
• 2.3.3 等角螺旋天线的电流辐射带理论
• 2.4 仿真软件介绍
• 2.5 等角螺旋天线的设计与仿真结果
• 2.6 应用前景
• 2.7 本章小结
• 第三章 微带巴伦的设计
• 3.1 巴伦简介
• 3.2 微带巴伦的研究进展
• 3.3 巴伦的理论模型分析
• 3.4 设计及计算结果
• 3.5 本章小结
• 结束语
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果
• 致谢