16-圆极化天线 天线原理介绍

射频圆极化微带天线设计

射频圆极化微带天线设计

射频圆极化微带天线设计 摘要 天线作为无线通信最为重要的部分长久以来都受到科研人员的重视以及迅速改造发展。如今，微带天线因其自身的质量小，形状易改变而与设备共形等优势在通信领域应用极为广泛。天线的种类多样，极化方式大致分为线极化与圆极化两种，在天线出现的初期，由于技术层面的限制，线极化天线的应用极为广泛。但由于科技的发展和人们对信号的愈来愈严苛的要求导致线极化天线与应用层面的矛盾越发凸显。由于圆极化天线的方向性，旋向相同接收性和抗干扰性较强，因此现代圆极化天线的应用成为当今天线的主流。本文介绍圆极化天线的性质和缺点以及对未来的展望和改进。 关键词：圆极化天线，抗干扰，性质 Designing of Rf circular polarization microstrip antenna ABSTRACT As the most important part of the wireless communication antennas has long been brought to the attention of the researchers and rapid development. Today, the quality of the microstrip antenna with its small, easy to change shape and advantages, such as equipment conformal is widely applied in the field of communications.

高增益宽带圆极化微带天线阵研究

高增益宽带圆极化微带天线阵研究 O 引言 随着微带天线技术的发展，新形式和新性能的微带天线不断涌现。对于便携式天线，就需要天线在尺寸上更小，并且天线在电性能上更要求宽频带、高增益等电特性。前人在天线的这些性能的改进上做了相当多的工作，但是大多数都是只在其中的一个或者两个特性上做了改进。针对现有存在的问题，本文提出一种具有小型化、高增益、宽频带的圆极化微带阵列天线。研制了S波段小型化宽带圆极化天线阵实验样机，并对天线阵实验样机的电特性进行了测量。测量结果表明，天线最大增益为15dB时，天线阵尺寸仅为295 mm×210 mm，天线阵的电压驻波比带宽达到了12.25％，圆极化轴比小于3 dB，带宽达到9.4％，大于文献[1]中的3.4 %。且波瓣宽度分别为64°和20°大于文献[1]中所提到的63°和9° 1 理论分析与设计 本文利用一般微带天线的设计方法设计天线单元。并通过对微带天线的匹配枝节进行调节阻抗，利用An-soft HFSS软件对天线单元进行仿真优化设计，大大降低了天线阵的设计复杂度，并通过若干级二等分功率分配器便可设计出馈电网络。 1.1 天线单元的设计 圆极化天线应用面很广，其实用意义主要体现在： (1)圆极化天线可接收任意极化的来波，且其辐射波也可由任意极化天线收到，故电子侦察和干扰中普遍采用圆极化天线； (2)在通信、雷达的极化分集工作和电子对抗等应用中广泛利用圆极化天线的旋向正交性； (3)圆极化波入射到对称目标(如平面、球面等)时旋向逆转，因此圆极化天线应用于移动通信、GPS等能抑制雨雾干扰和抗多径反射。 微带天线要获得圆极化波的关键是激励起两个极化方向正交的，幅度相等的且相位相差π/2的线极化波。最早的圆极化微带天线采用正交馈电方式，但这种天线构成天线阵元时，馈电电路之间会引起不希望有的耦合，从而限制了它的实际应用。曲线微带天线构成的宽频带圆极化微带天线不采用开放式的谐振腔，

圆极化微带天线设计

ＧＰＳ圆极化微带天线设计 1.1微带天线简介 微带天线是在一块厚度远小于工作波长的介质基片的一面敷以金属辐射片，一面全部敷以金属薄膜层做接地板而成。GPS天线通常使用平面天线和螺旋形天线。近年来微带天线由于具有重量轻，体积小，易于实现圆极化。而GPS功能在个人行动通讯设备特别是手机中的普及，更使得GPS天线的小型化研究成为十分热门的话题。 1.2GPS微带天线结构与原理 上图是一个简单的微带天线结构，由辐射元，介质层和参考地三部分组成。与天线性能相关的参数为辐射元的长度L,辐射元的宽度W，介质层的厚度h,介质的相对介质电常数εr ，介质的长度和宽度。 1.3辐射机理 理论上可以采用传输线模型来分析其性能，假设辐射贴片的长度近似的为半波长，宽度为w,介质基片厚度为h,工作波长为λ；我们可以将辐射贴片，介质基片和接地板视为一段长度为λ/2的低阻抗微带传输线，在传输线的两端断开形成开路。由于介质基片厚度h<<λ，故电路沿着h方向基本没有变化。最简单的情况可以假设电场沿着宽度w方向也没有变化。那么在只考虑主模激励（TM10模）的情况下辐射基本上可以认为是由辐射贴片开路的边缘引起的。在两开路的电场可以分解为相对于接地板的垂直分量和水平分量，由于辐射贴片长度约为半个波长，所以两垂直分量方向相反，水平分量方向相同。因此，两开路端的水平分量电场可以等效为无限大平面上同相激励的那个缝隙，缝隙的宽度为ΔL（近似等于基片厚度h），长度为w，等效缝隙相距为半波长，缝隙的电场沿着w方向均匀分布，电场方向垂直于w。 1.4微带天线贴片尺寸估算

设计高效率辐射的宽度w,2 1212-??? ??+=r f c w ε 式中C 为光速。 辐射贴片的长度一般为2e λ，这里的e λ是介质内的导波波长，即 e λ=e f c ε 考虑到边缘缩短效应后，实际的辐射单元长度L 应为 L=e f c ε-2ΔL 式中e ε是有效介电常数，ΔL 是等效辐射缝隙长度， 同轴线馈电点的位置，宽度方向上馈电点的位置一般在中心点，在长度方向上边缘处（x=±L/2）的输入阻抗最高。由以下的公式计算出输入阻抗为50欧姆的馈电点位置： ??? ? ??=re 1-12L 1L ξ 2ＨＦＳＳ设计环境概述 2.1模式驱动求解。 2.2建模操作。 模型原型：长方体，圆柱体，矩形面，圆面。 模型操作：相减操作。 2..3边界条件及激励： 边界条件：有限导体边界，辐射边界. 端口激励：集总端口激励。 2.4求解设置。 求解频率：１.６ＧＨｚ 扫频设置：快速扫描，频率范围：１～２ＧＨｚ 2..5Ｏｐｔｉｍｅｔｒｉｃｓ 参数扫描分析 优化设计 2.6数据后处理：Ｓ参数扫描曲线，３Ｄ辐射方向图。 3.1仿真模型

圆极化全向天线技术概要

https://www.wendangku.net/doc/0a4649141.html, 圆极化全向天线技术 胥亚东，阮成礼 电子科技大学物理电子学院，成都（610054） E-mail： 摘要：圆极化全向天线由于其自身性能特点，在现代的无线应用中，越来越受到广泛的关注。本文主要归纳总结了圆极化全向天线的研究进展，探讨了圆极化全向天线的各种实现方法，及其中的各个关键问题，并讨论了各种方案具体设计方案、影响因素、过程原理，及其优劣性，在此基础上，对圆极化全向天线的研究发展趋势提出了展望。 关键词：圆极化天线，全向天线 中图分类号：TN820.1+1 1．引言 天线的极化作为天线性能的一个重要参数，是指在一个发射天线辐射时，其最大辐射方向上，随着时间变化电场矢量（端点）在空间描出的轨迹。天线的极化形式分为线极化，圆极化和椭圆极化三种。线极化和圆极化是椭圆极化的特例。圆极化又分为正交的左旋和右旋圆极化。椭圆极化波可分解为两个旋向相反的圆极化波[1]。 随着科学技术和社会的不断发展，对天线的性能要求也越来越高，在现代的无线应用系统中，普通的线极化天线已很难满足人们的需求，圆极化天线的应用越来越广泛，其主要特点主要体现在以下几个方面[2-4]：1.圆极化天线可接收任意极化的来波，且其辐射波也可由任意极化天线收到；2.圆极化天线具有旋向正交性；3.极化波入射到对称目标（如平面、球面等）时旋向逆转，不同旋向的电磁波具有较大数值的极化隔离。由于圆极化天线具有以上特点，因此，被广泛使用在通信、雷达、电子侦察与电子干扰等各个方面，研究圆极化天线具有巨大的社会效益、经济效益和军事效益。 任意圆极化波可分解为两个在空间、时间上均正交的等幅线极化波，由此得到实现圆极化天线的基本原理：即产生两个空间正交的线极化电场分量并使二者振幅相等（即简并模），相位差90°[5]。尽管圆极化天线形式各异，但产生机理万变不离其宗。反映在史密斯圆图中，两简并模的恰当分离对应阻抗曲线出现一个尖端（cusp）。圆极化天线的基本电参数是最大增益方向上的轴比，即任意极化波的极化椭圆长轴（2A）与短轴（2B）之比[6]： ?A?AR=20lgr=20lg?? ?B?

宽带圆极化微带天线设计

宽带圆极化微带天线设计 关键词：微带天线，X波段，设计，分析，HFSS，仿真

目录 1 绪论 (1) 1.1 本课题研究背景 (1) 1.2 微带天线的发展 (1) 1.3 微带天线的优缺点 (2) 1.4 本课题研究内容 (3) 2 微带天线基本概念及原理 (5) 2.1 天线的基本概念 (5) 2.2 天线的辐射原理 (6) 2.3 天线的基本参数 (6) 2.3.1 天线的极化 (7) 2.3.2 天线方向图的概念 (7) 2.3.3 天线输入阻抗的计算方式 (8) 2.3.4 天线的谐振频率与工作频带宽带 (8) 2.3.5 天线的驻波比 (9) 2.4 微带天线的简介 (10) 2.4.1 微带天线的结构与分类 (10) 2.4.2 微带天线的辐射机理 (10) 2.4.3 微带天线的形状 (11) 2.5 微带天线的分析方法 (11) 2.5.1 传输线模型法 (11) 2.5.2 空腔模型法 (13) 2.5.3 积分方程法 (13) 2.6 微带天线的馈电方法 (14) 2.7 微带天线圆极化技术 (15) 2.7.1 圆极化天线的原理 (15) 2.7.2 圆极化实现技术 (16) 3 宽带异形贴片微带天线设计 (21) 3.1 微带天线的仿真 (21) 3.2 Ansoft HFSS高频仿真软件的介绍 (21) 3.3 HFSS对具体实例的仿真 (21)

3.3.1 选取微带天线模型 (21) 3.3.2 微带天线的仿真优化 (23) 4 双点馈电圆形圆极化微带天线设计 (35) 4.1 HFSS对圆极化微带天线的仿真 (35) 4.1.1 选取圆极化微带天线模型 (35) 4.1.2 圆形圆极化微带天线的仿真优化 (35) 5 总结结论及展望 (41) 参考文献 (42)

圆极化天线的研究与设计

圆极化天线的研究与设计 现代通信系统需要在复杂的环境和条件下实现稳定的通信,这对天线的稳定性和抗干扰性有很高的要求。圆极化天线具有很多独特性质,圆极化天线可以接受任意极化的电磁波从而避免极化损失,还可以抑制多径散射和多径干扰,同时可以避免产生法拉第旋转效应。 由于独特优势,圆极化天线系统具有良好的可靠性和稳定性,广泛应用于卫星,射频识别,雷达等领域。随着现代通信技术的迅速发展,对圆极化天线也提出了新的要求。 例如,在结构上要求天线小型化、易于集成以及结构简单等;在天线性能方面则要宽带宽、多频工作、全向性、高增益以及宽波束等。本论文对传统圆极化天线技术进行了回顾,系统的总结了各种圆极化技术的优点和缺点。 基于已有的圆极化的技术进行创新和改进,从而设计了几款性能出色的圆极化天线。论文围绕圆极化天线展开,设计了两个宽带圆极化天线,一个双频圆极化天线,一个圆极化聚焦阵列天线。 本文的主要创新点为:1.设计了两款宽带圆极化天线。其中第一款基于正交L型开口缝隙,通过在馈电线上增加调谐短截线,和在贴片上引入闭合正交缝隙,使圆极化带宽从大约23%增加到70%。 第二款基于微带单极子天线改进而来,改变单极子贴片的馈电位置和倾斜角度实现圆极化特性,并且采用圆弧化的处理达到宽带特性,实现了90%的宽带圆极化带宽。2.设计了一个双频工作的圆极化RFID阅读器天线,不仅有较宽的圆极化带宽,而且两个工作频点独立可调。 将两个不同长度的弯折正交缝隙巧妙的组织在一起,分别负责高频和低频的

圆极化辐射。三个射频开关控制两种工作模式的切换。 该天线结构紧凑,且完全覆盖了RFID的UHF通用频段和WLAN频段。3.设计了一个16单元的圆极化聚焦阵列,基于阵列和圆极化测试天线之间的传输效率最大化的原理来计算聚焦阵列的最优激励分布,能够同时达到很好的圆极化和聚焦性能。 对每一个阵列单元增加寄生贴片作为引向器,使单元的辐射波束向焦点方向倾斜,使电场聚焦增益提升了2.7 dB。

天线CAD大作业微带天线设计

天线CAD大作业 学院：电子工程学院 专业：电子信息工程

微带天线设计 一、设计要求： （1）工作频带1.1-1.2GHz ，带内增益≥4.0dBi ，VSWR ≤2:1。微波基板介电常数为r ε = 6，厚度H ≤5mm ，线极化。总结设计思路和过程，给出具体的天线结构参数和仿真结果，如VSWR 、方向图等。 （2）拓展要求：检索文献，学习并理解微带天线实现圆极化的方法，尝试将上述天线设计成左旋圆极化天线，并给出轴比计算结果。 二、设计步骤 计算天线几何尺寸 微带天线的基板介电常数为r ε= 6，厚度为 h=5mm,中心频率为 f=1.15GHz,s m /103c 8?=天线使用50Ω同轴线馈电，线极化，则 （1）辐射切片的宽度2 1 )2 1(2-+=r f c w ε=69.72mm （2）有效介电常数2 1)12 1(2 1 2 1 r e - +-+ += w h r εεε=5.33 （3）辐射缝隙的长度) 8.0/)(258.0() 264.0/)(3.0(h 412.0+-++=?h w e h w e L εε=2.20 （4）辐射切片的长度L e f c L ?-=22ε=52.10mm （5）同轴线馈电的位置L1 21 )121(21 2 1)(re -+-+ += L h r r L εεξ=5.20 )1 1(21re L L ξ-= =14.63mm 三、HFSS 设计 （1）微带天线建模概述 为了方便建模和后续的性能分析，在设计中定义一系列变量来表示微带天线的结构尺寸，变量的定义及天线的结构尺寸总结如下：

微带天线的HFSS设计模型如下： 立体图俯视图 模型的中心位于坐标原点，辐射切片的长度方向沿着x轴，宽度方向沿着y 轴。介质基片的大小是辐射切片的2倍，参考地和辐射切片使用理想导体来代替。对于馈电所用的50Ω同轴线，这用圆柱体模型来模拟。使用半径为0.6mm、坐标为（L1，0,0）；圆柱体顶部与辐射切片相接，底部与参考地相接，及其高度使用变量H表示；在与圆柱体相接的参考地面上需要挖一个半径为1.5mm的圆孔，作为信号输入输出端口，该端口的激励方式设置为集总端口激励，端口归一化阻抗为50Ω。模型建立好后，设置辐射边界条件。辐射边界表面距离辐射源通常需要大于1/4波长，1.15GHz时自由空间中1/4个波长约为65.22mm，用变量length 表示。 （2） HFSS设计环境概述 ＊求解类型：模式驱动求解。 ＊建模操作 ①模型原型：长方体、圆柱体、矩形面、圆面。 ②模型操作：相减操作 ＊边界条件和激励 ①边界条件：理想导体边界、辐射边界。 ②端口激励：集总端口激励。 ＊求解设置：

全向圆极化天线5

A Novel Broadband Omni-Directional Circularly Polarized Antenna for Mobile Communications Xulin Quan, RongLin Li School of Electronic and Information Engineering South China University of Technology Guangzhou 510641, China Email: ielinxu@https://www.wendangku.net/doc/0a4649141.html,; lirl@https://www.wendangku.net/doc/0a4649141.html, Manos M. Tentzeris School of Electrical and Computer Engineering Georgia Institute of Technology Atlanta, GA 30308, USA Email: emmanouil.tentzeris@https://www.wendangku.net/doc/0a4649141.html, Abstract—This paper presents a new broadband omni-directional circularly polarized (CP) antenna for mobile communications operating nearby 2 GHz. The new omni-directional CP antenna consists of four broadband CP rectangular loops which are bent to form a hollow cylinder. A conducting cylinder is introduced inside the hollow cylinder to improve the CP performance. A broadband balun is developed to feed the CP antenna. This antenna has a compact cylindrical configuration with a diameter of 0.4?. The simulation shows that this antenna has a bandwidth of 30.8% (1.7 GHz-2.32 GHz) for return loss (RL) 10 dB and 36.1% (1.75 GHz-2.52 GHz) for average axial ratio (AR) 3 dB. Good agreement between simulated and measured results is achieved. Keywords-broadband antenna; circularly polarized antenna; omni-directional antenna; mobile communications I.I NTRODUCTION The use of circularly polarized (CP) antennas can enhance the signal reception in modern mobile communication systems. Omni-directional radiation patterns are desirable for some applications by reducing the number of cell sectors. A considerable number of designs have been studied recently for omni-directional CP antennas. For example, simple dipole arrays have been proposed in [1], [2]. The dipole array includes several tilted dipoles and can be considered as a combination of an electrical dipole and a magnetic dipole. When all dipoles are arranged and excited properly, an omni-directional CP antenna could be obtained. However, the design of this type of antenna always leads to a large size and narrow bandwidth. Several low-profile designs have been reported in [3], [4]. A patch antenna can produce vertically polarized wave while the arms around the patch produce horizontally polarized wave. When patch and arms are excited orthogonally, a CP wave can be excited. However, patch antennas usually have a narrow bandwidth. The design in [5] has a simple structure (an array of half-wavelength dipole), but leads to a large size (~4.7λ in diameter). The design described in [6] has the advantages of low-profile and simple structure. But the CP performance in the plane is parallel to the patches is poor. For all the antennas mentioned above, there is a narrow bandwidth which limits their practical applications. This paper presents a novel 3D broadband omni-directional CP antenna configuration for mobile communications?that consists of four broadband CP rectangular loop elements. The design for each individual broadband CP element can be found in [7]. A bandwidth of ~50% for the CP element has been achieved. The rectangular loop has a big aspect ratio, which can lead to a compact cylindrical size of the omni-directional CP antenna. A conducting cylinder and a broadband balun are introduced respectively to achieve simultaneously a good CP performance and impedance matching. The antenna structure will be described in section II and simulated and measured results will be presented in Section III. II.A NTENNA S TRUCTURE Fig. 1 shows the configuration of the proposed omni-directional CP antenna. The design includes four broadband CP rectangular loops printed on thin flexible dielectric substrate, which is rolled into a hollow cylinder for an omni-directional radiation pattern. The diameter of the hollow cylinder is 60 mm (0.4λ at 2 GHz), much thinner than the omni-direcational CP antenna (~4.7λ) presented in [5]. The configuration of each loop is displayed in Fig.1 (b). There are two small gaps on each primary loop to excite a travelling wave which leads to a CP wave [8]. A pair of parasitic loops (with a gap) is introduced inside the primary loop to enhance the bandwidth of the CP element. An inner conducting cylinder is introduced to improve the CP performance of the omni-directional CP antenna. Without inner conducting cylinder, each rectangular loop radiates a bidirectional pattern in the directions perpendicular to the loop plane with opposite CP senses. This feature results in a poor CP performance for the omni-directional CP antenna. To improve the CP performance, a conducting cylinder is added to the inside of the hollow cylinder. Foam is filled into the space between the hollow cylinder and the conducting cylinder to support the CP antenna. A gap is introduced at the middle of the conducting cylinder to leave a space (g1) for the feed structure. A broadband balun is designed to feed the omni-directional CP antenna. The configuration of the broadband balun is shown is Fig. 1(c). A line-slot transition is used to provide good impedance matching over a wide bandwidth. The proposed broadband balun makes use of the electromagnetic coupling between the microstrip line printed on one side of the substrate and the slot etched on the other side for a wide This work was supported by the National Nature Science Foundation of China (60871061), the GDSF (81510641010000085), the SRFDP (20080561), and the Oversea Distinguished Professor Program from the Ministry of Education of China.

HFSS天线设计实例

HFSS 天线设计实例这是一种采用同轴线馈电的圆极化微带天线 切角实现圆极化

设计目标!(具体参数可能不精确，望大家谅解)主要讲解HFSS操作步骤! GPS微带天线:介质板:厚度:2mm,介电常数:2.2,大小:100mm*100mm 工作频率:1.59GHz,圆极化(左旋还是右旋这里不讲了哈),天线辐射在上半平面覆盖! 50欧同轴线馈电, 1、计算参数 首先根据经验公式计算出天线的基本参数，便于下一步建立模型。 贴片单元长度、宽度（正方形贴片长宽相等）、馈电点位置，分离单元长度.下表是经HFSS分析后选择的一组参数： 2、建立模型 首先画出基板50mm*50mm*2mm 的基板 起名为substrate

介电常数设置为如图2.2的，可以调整color颜色和transparent透明度便于观察 按Ctrl+D可以快速的使模型全可见！按住Ctrl+Alt键，拖动鼠标可以使3D模型自由旋转 同理，我们画贴片： 1、在基板上画出边长65mm（假设用公式算出的是这么多）的正方形 2、起名为patch,颜色选绿色，透明度设为0。5 画切角是比较麻烦的 1、用画线条工具，画三线段，坐标分别是0.5.0, 5.0.0, 0.0.0 2、移动三角形，选中polyline1,选菜旦里edit\Arrange\move,先确定坐标原点或任一点为基准点，将

三角形移动到左上角和贴片边沿齐平。 3、复制三角形，选中polyline1,选菜单里edit\arrange\duplicate\around axis,相对坐标轴复制，角度换成180，然后在右下角就出现了相对称的另一个三角形。 4、从patch上切掉对角上的分离单元polyline1和polyline1_1: 选中patch、polyline1和polyline1_1，选菜单里3D modeler\Boolean\Subtract 把polyline1和polyline1_1从patch上切掉最后剩下 先在介质板底面画一个100mm*100mm的正方形作为导电地板。起名为ground 下面就是画馈源了：我们采用同轴线馈电，有两种建模方法： 1、在馈电点画一0.5mm的铜柱代表同轴线内导体，起名为feed 2、在介质板底面馈电点处画一1.5mm的圆，起名为port 3、复制port为port1,复制feed为feed1 4、复选port和feed1，执行菜单里3D Modeler\Boolean\Subtract，使port成为一个内径0.5mm外径1.5mm的圆环

圆极化微带天线的设计与实现 (1)

2004年4月重庆大学学报 Apr.2004　 第27卷第4期Journal of Chongqing University Vol.27　No.4 文章编号:1000-582X (2004)04-0057-04 圆极化微带天线的设计与实现 Ξ 韩庆文,易念学,李忠诚,雷剑梅 (重庆大学通信学院,重庆　400030) 摘　要:圆极化微带天线是一种低剖面的天线元,研究圆极化微带天线的特性在天线设计中显得十 分重要,而微带贴片天线的馈电位置的确定是设计的关键。针对单端侧馈五边形圆极化微带天线进行了详细分析和论述;简要介绍了微带天线的实现方法,并介绍了一种用于分析多边形微带天线的有效方法———有限元分析法;通过对一个5.6GHz 的五边形圆极化微带天线的研究设计,给出了圆极化微带天线的设计过程,找到了确定馈电点位置的合理方法,采用HFSS 软件进行优化设计,进行仿真,给出了合理的仿真结果。 关键词:微带天线;圆极化;轴比;五边形;方向图;电压驻波比;带宽 中图分类号:TN820.11 文献标识码:A 目前简单的线极化天线已很难满足人们的需求,这就使得圆极化微带天线倍受青睐。 但在微带天线的分析中,近似处理较多,使得天线的设计准确性并不太好,微带贴片天线的馈电位置的确定往往需要实验调整的方法进行研究。另外由于微带天线的频带窄,设计尺寸的微小误差都会造成天线谐振频率的偏离,极化特性也会变差。在实际工作中由于介质基片的离散性,也影响了谐振频率的准确性[1]。针对上述问题,特别对圆极化微带天线的设计过程进行了深入的分析;通过应用HFSS 高频结构软件仿真,使天线的性能得到了优化。 1　微带天线 微带天线是一种基于微带传输线的天线。它有多种形式,按结构特征,可把微带天线分为两大类,即微带贴片天线和微带缝隙天线;常用的一类,是贴片微带天线。贴片可以是矩形、圆形、椭圆形及其它形状,在此选用五边形贴片。 微带天线的辐射,是由微带天线边沿和接地板之间的边缘场产生的。以矩形贴片为例,其辐射场的示意图如图1所示。 图1　矩形微带天线的场图 微带天线分析的基本问题是,求解天线周围空间 建立的电磁场;求得电磁场后,进而得出其方向图、增益和输入阻抗等特性指标,另外,微带天线的馈电,对天线的性能有至关重要的作用。馈线的长度和宽度直接影响着天线的谐振频率;馈电点的位置决定着天线边沿上的电流幅度、相位分布以及谐振频率。因此,对馈电方式的选择是设计成功与否的关键因素[2]。在本设计中采用微带线馈电。 2　圆极化微带天线的实现 微带天线要获得圆极化波的关键是,激励起两个极化方向正交的、幅度相等的、相位相差90°的线极化波[3]。当前用微带天线实现圆极化辐射主要有以下几种方法: Ξ 收稿日期:2003-11-08 基金项目:重庆市应用基础研究资助项目(2003-7960) 作者简介:韩庆文(1969-),女,重庆人,重庆大学工程师,硕士,主要从事微波通信、天线理论及天线设计的科研教学工作。

右旋圆极化矩形微带天线设计

右旋圆极化矩形微带天线设计 一、引言 大多数情况下，矩形微带天线工作于线极化模式，但是通过采用特殊的馈电机制及对微带贴片的处理，它也可以工作于圆极化和椭圆极化模式。圆极化的关键是激励起两个极化方式相互正交的线极化波，当这两个模式的线极化波幅度相等，且相位相差90度时，就能得到圆极化的辐射。矩形微带天线获得圆极化特性的馈电方式有两种：一种是单点馈电，另一种是正交馈电。本文采用单点馈电。 我们知道，当同轴线的馈电点位于辐射贴片的对角线位置时，可以激发TM10和TM01两个模式，这两个模式的电场方向相互垂直。在设计中，我们让辐射贴片的长度L和宽度W相等，这样激发的TM10和TM01两个模式的频率相同，强度相等，而且两个模式的电场相位差为零。若辐射贴片的谐振长度为Lc，我们微调谐振长度略偏离谐振，即一边的长度为L1，另一边的长度为W1，且L1>W1，这样前者对应一个容抗Y1=G-jB，后者对应一个感抗Y2=G+jB，只要调整L1和W1的值，使得每一组的电抗分量等于阻抗的实数部分，及B=G，则两阻抗大小相等，相位分别为-45度和+45度，这样就满足了圆极化的条件，从而构成了圆极化的微带天线。其极化旋向取决于馈电点接入位置，当馈电点在如图1-1的A点时，产生右旋圆极化；当馈电点在图1-1的B 点时，产生左旋圆极化波。 图1-1 单馈点圆极化矩形微带天线结构 二、结构设计 设计微带天线的第一步是选择合适的介质基片，假设介质的介电常数为εr，对于工作频率为f的矩形微带天线，可以用如下的公式估算辐射贴片的宽度： 2 1 2 1 2 - + =) ε ( f c W r(1) 其中，c是光速。 辐射贴片的长度一把取为2 c λ， 其中 c λ是介质内的导波波长，考虑到边缘缩短效应后，实际的辐射贴片长度为： L f c L e ? - =2 2ε (2) 其中， e ε是有效介电常数，L?是等效辐射缝隙长度，它们可以分别用下式计算，即为：

单馈点圆极化微带天线

A Single-Feeding Circularly Polarized Microstrip Antenna With the Effect of Hybrid Feeding Hyungrak Kim,Byoung Moo Lee,and Young Joong Yoon ,Member,IEEE Abstract—In this paper,a single series feeding cross-aperture coupled microstrip antenna with the effect of hybrid feeding is pro-posed and demonstrated.To better understand this antenna,the characteristics according to the variation of parameters are shown.This proposed antenna has the following advantages of the effect of hybrid feeding,improved axial ratio bandwidth (4.6%),high gain (8dBi),and flat 3-dB gain bandwidth (above 16.7%).In measured radiation patterns,we have 3-dB beamwidth of 30and good F/B of 20dB. Index Terms—Effect of hybrid feeding,microstrip antenna. I.I NTRODUCTION W ITH rapid development of wireless communication system,many kinds of circularly polarized (CP)antennas have been studied since CP antennas are often preferred in satellite communication,Global Positioning System (GPS),and radar system.In general,feeding structure of CP antenna may be divided into single and hybrid feeding.A single-feeding CP antenna provides simple structure,easy manufacture,and advantage in array with small size.However,it has narrow axial ratio bandwidth.Hybrid feeding gives complex structure,difficult manufacture,and increased antenna size,but it provides wide axial ratio bandwidth.Thus,in the design of CP antenna,a tradeoff of characteristics between two feeding methods is required. In CP antenna,axial ratio bandwidth is the most important factor in design since it is the most limiting factor for oper-ating factor.Therefore,many kinds of CP antennas have been studied to obtain wide axial ratio bandwidth [1]–[4].Recently,CP antennas to obtain wide axial ratio bandwidth using single feeding have been studied to improve disadvantages of hybrid feeding,e.g.,large antenna size and complex structure.Cross-aperture coupled microstrip antennas [5],[6]were proposed and analyzed,but it still has narrow axial ratio bandwidth (2.5%),narrow gain bandwidth (3.27%for 3-dB),and low antenna gain (5dBi).Another improvement was suggested by Aloni et al.[7],where traveling wave type CP antenna was introduced.How-ever,it has very low gain and low radiation efficiency,and nar-rower gain bandwidth than reasonably wide axial ratio band-width and impedance bandwidth.Therefore,not only wide axial ratio and impedance bandwidth,but also other enhanced charac-teristics,e.g.,high gain,flat-gain bandwidth,and similar radia-tion patterns in operating frequencies are needed in CP antenna for practical wireless communication system. Manuscript received February 20,2003;revised April 9,2003. The authors are with the Department of Electrical and Electronic Engi-neering,Yonsei University,Seoul,Korea (e-mail:okebari@mwnat.yonsei.ac.kr;binny@mwnat.yonsei.ac.kr;yjyoon@mwnat.yonsei.ac.kr).Digital Object Identifier 10.1109/LAWP.2003.813382 (a) (b) Fig.1. (a)Side view and (b)bottom view of the proposed antenna. In this paper,we propose a resonant type single series feeding CP microstrip antenna.Series feeding is suggested to obtain wide axial ratio bandwidth and flat gain bandwidth.Also,cross-aperture with short length is used to provide high gain. II.A NTENNA D ESIGN The configuration of the proposed antenna is shown in Fig.1.It is composed of the two layers and air-gap.The rectangular patch,whose physical dimensions are 45 mm 45mm at center frequency of 2.4GHz,is on the upper layer,and series feeding line under the lower layer is positioned close behind cross-aper-ture.For the upper and lower layer,Duroid 5880substrate with 0.5-oz copper,62-mil substrate height,and dielectric constant of 2.2and FR-4substrate with 1-oz copper,0.8-mm substrate height,and dielectric constant of 4.6are used,respectively.As shown in Fig.1(b),series feeding line is placed behind cross-aperture,and a quarter-wavelength section of feeding line is positioned between each arm of aperture to create the 90phase difference for circular polarization.Series feeding brings into sequential rotation of current on the surface of radiating 1536-1225/03$17.00?2003IEEE