双极化高隔离度天线的研究与设计

论文摘要

随着通信系统的发展，频带利用率和频带内信息量的大小受到越来越多的关注，因此双极化天线将成为研究的热点。微带天线具有体积小、重量轻等优点，吸引着众多研究者。所以本论文提出了单层的双极化微带贴片天线，同时对所设计的天线结构进行了仿真和分析。高隔离度作为双极化天线的一个重要指标，为了提高隔离度多数研究者通过用多层板的方式，但这种方法会增加天线加工和制作的成本。本文提出了一种双极化单层微带贴片天线，实现了较高的隔离度。采用微带线馈电方式，辐射贴片为正方形，利用串行角馈形式馈电，实现天线的带宽为5.66GHz-5.74GHz。利用HFSS仿真软件对影响天线性能的参数进行分析和优化，得到该天线尺寸为22mm×22mm×1mm，在工作频段内E面和H面可以提供较为理想的方向图，具有较高的增益。在此基础上，制作出天线的实物，并用矢量网络分析仪对其展开了测试。仿真和测试结果表明，此款天线可以满足窄频带内高隔离度双极化的要求。论文还设计了一款微带振子天线，为了实现双极化高隔离度，通过单层的介质基板来实现。首先对单个的微带振子进行设计，目标为天线振子的带宽达到5.15GHz-6.0GHz。由于普通的微带振子不能达到目标带宽的要求，所以通过对单个振子贴片分为两个部分利用微带传输线进行连接，实现了宽带的形式。再用加入缺陷地的方法，调整缺陷地的大小来控制带宽的频率范围。使得单个的振子能够达到所要求的频率范围，并讨论了天线各个参数对于频率的影响。其次将两个单极化振子十字交叉放置，仿真结果表明实现天线的双极化形式。同时讨论了位置关键参数的变化对于双极化微带振子天线仿真结果的影响。最终加入馈电网络，利用HFSS软件仿真得到结果。论文对此款天线进行加工、测试。测试结果和仿真结果吻合较好。综上所述，本论文主要提出了两款单层的双极化微带贴片天线。通过对两款天线的对比得出，微带振子天线实现双极化有较宽的带宽和较好的隔离度，对以后研究双极化天线具有参考意义，因此有工程应用价值。最后，论文讨论了这两款天线的所存在不足之处以及今后的研究方向。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 选题的背景和意义
• 1.2 国内外在该研究方向上的研究现状
• 1.2.1 双极化技术的研究现状
• 1.2.2 高隔离度技术的研究现状
• 1.3 本文的主要工作和内容安排
• 第2章 微带天线的基本理论和仿真软件 HFSS 的介绍
• 2.1 天线理论和重要指标
• 2.1.1 微带天线的理论
• 2.1.2 微带天线的传输线分析
• 2.2 天线的馈电方式
• 2.2.1 微带线共面馈电
• 2.2.2 临近耦合馈电
• 2.2.3 同轴线馈电
• 2.2.4 共面波导馈电
• 2.2.5 口径耦合馈电
• 2.2.6 不同馈电方式的比较
• 2.3 天线的性能参数
• 2.3.1 天线的辐射方向图和方向性函数
• 2.3.2 天线的方向性系数
• 2.3.3 天线的辐射效率
• 2.3.4 天线的增益
• 2.3.5 天线的输入阻抗
• 2.3.6 天线的带宽
• 2.3.7 天线的极化
• 2.4 有限元方法和 HFSS 仿真软件的介绍
• 2.4.1 有限元法的原理介绍
• 2.4.2 HFSS 微波工作室仿真软件的介绍
• 第3章 一种角馈双极化高隔离天线单元的研究与设计
• 3.1 双极化微带贴片的基本原理
• 3.2 一种角馈方形贴片的双极化高隔离度天线
• 3.2.1 角馈方形贴片的理论基础
• 3.2.2 串行角馈双极化方形贴片天线的模型
• 3.2.3 并行角馈方形贴片天线的极化特性
• 3.2.4 双极化天线的隔离度
• 3.2.5 串行角馈方形贴片天线的仿真结果
• 3.2.6 串行角馈方形贴片天线的实测结果
• 3.3 本章小结
• 第4章 一种新型双极化振子天线的研究与设计
• 4.1 一种单极化振子天线的设计
• 4.1.1 单极化振子的理论部分
• 4.1.2 单极化微带振子天线的设计过程
• 4.1.3 单极化微带振子天线的仿真结果
• 4.2 一种双极化振子天线的设计
• 4.2.1 双极化微带振子天线的分析和设计
• 4.2.2 反射板的分析
• 4.2.3 双极化微带振子天线的仿真结果和实测结果分析
• 4.3 本章小结
• 第5章 总结
• 5.1 论文的主要工作和创新点
• 5.2 论文工作的体会与展望
• 致谢
• 参考文献
• 详细摘要