【摘 要】
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微带贴片天线轻便小巧,应用广泛,结合目前车载卫星通信特点,圆极化锥形波束的微带天线研究具有实际意义,本文以此为基础研究对象,进行了四次实验,并对天线结构中的重要影响参数做了分析和相应的结构优化,使设计天线的性能得到改善和提高。具体有以下方面:(1)以特征模式分析理论为基础,设计了缝隙耦合馈电的圆极化微带天线,中心工作频率在5.0GHz。实验设计合适的馈线与缝隙位置关系,可以产生幅度相等、相位相差9
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微带贴片天线轻便小巧,应用广泛,结合目前车载卫星通信特点,圆极化锥形波束的微带天线研究具有实际意义,本文以此为基础研究对象,进行了四次实验,并对天线结构中的重要影响参数做了分析和相应的结构优化,使设计天线的性能得到改善和提高。具体有以下方面:（1）以特征模式分析理论为基础,设计了缝隙耦合馈电的圆极化微带天线,中心工作频率在5.0GHz。实验设计合适的馈线与缝隙位置关系,可以产生幅度相等、相位相差90度的TM01和TM10两个模式,从而实现圆极化。同时讨论了微带馈线和缝隙的尺寸参数对天线性能的影响,对缝隙和馈电的相对位置作了参数分析和结构优化。最终设计的天线S11在-10d B以内的频段为4.47GHz-5.95GHz,相对带宽为29.6%,在工作频带上的圆极化轴比带宽为26.2%。（2）在圆形贴片中间设计了一个环形槽,将圆盘分成了内侧圆盘和外侧圆环两部分结构。引入了寄生结构镰刀型贴片为圆极化电流的形成提供导向。结构参数中贴片开孔和寄生结构变化会对天线S参数带来的影响,在CST中也对上述进行了参数扫描仿真实验,并逐一对此进行了分析讨论。设计天线S11在-10d B以内的频段为4.39GHz—4.62GHz,中心工作为频率4.5GHz,工作频带内增益最高可达2.19d B,并在较窄的频段范围内实现圆极化的轴比带宽为5%。（3）以能够辐射类似单极子波形的微带圆形贴片天线为基础,通过对圆形贴片加载内外两层短路探针,四周寄生贴片结构引导电流实现圆极化。V形开槽和加载矩形贴片等结构改变对阻抗带宽和圆极化的影响也分别作了分析。天线加工采用了国产的介质材料,可以使5mm的介质板厚度一体成型。实际测试实验中获得的S参数和天线辐射方向图均与软件仿真实验结果有着较好的匹配。最终设计天线工作频段为3.8GHz—4.2GHz与4.6GHz—5.46GHz,工作频带内增益最高可达2.4d B,相对带宽为30.3%,并实现了31%的圆极化轴比带宽。（4）在设计天线带宽不足需要匹配的情况下,通过考虑微带线匹配的方式,单独建立微带线匹配电路模型,借助商业软件Optenni Lab建立了一系列模型进行微带线电路匹配工作,又将Optenni Lab提供的匹配电路模型参数导入到CST做联合仿真实验。从Optenni Lab生成的匹配电路中寻找可能的结构,在CST中建立微带线匹配电路和天线的组合3D模型。最终通过对生成匹配电路的筛选和优化,选择一种较为简单的结构对原天线作了匹配,实现了S参数在5.28GHz—6.07GH之间较好的匹配,并对原天线在7.75GHz附近的频带拓宽到7.3GHz—8.6GHz。
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