低剖面磁电偶极子天线设计

来源 :曲阜师范大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:edison_young
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无线通信系统日新月异,为满足各种通信需求,对天线性能提出更高要求,希望它具有低剖面、宽频带、低交叉极化、低背向辐射、增益稳定、结构简单、成本低等属性。磁电偶极子天线由于自身结构特点,展现出优越的性能。本文在众多学者工作的基础上,展开低剖面磁电偶极子天线的研究,主要内容如下:(1)宽带低剖面磁电偶极子天线的设计。在研究典型低剖面磁电偶极子天线设计方法的基础上,提出两种宽带化思路,分别是改进电偶极子和改进磁偶极子折叠方式。基于上述思想设计了三款天线:通过在电偶极子宽边进行E形开槽,不改变天线高度的情况下,拓展阻抗带宽,虽然低频增益基本不受影响,但高频增益得到显著提高;通过在电偶极子两侧加环路,同样在不改变天线高度的情况下,阻抗带宽得到有效拓展且更为稳定,此外,与未加载短路环的天线相比,在整个工作频带内,增益均得到不同程度的改善,高频部分尤为显著,最高增益可达13.35 d B;通过改进磁偶极子折叠方式,天线阻抗带宽为87.97%,工作频段内增益稳定在9 d B附近,但高频部分增益下降至最低点6.87 d B后又逐渐上升。三款天线均保持了磁电偶极子天线较低的交叉极化,良好的定向辐射以及E面、H面方向图基本对称等特点。(2)圆极化低剖面磁电偶极子天线的设计。在研究圆极化天线的基础上,通过改变电偶极子的形式实现圆极化。一款为低频天线,采用折叠的(38)形馈电,通过采用旋转对称的电偶极子,加载缺角背腔的方法实现圆极化,使天线取得60.8%的相对带宽,49.4%轴比带宽,增益在4.37-7.68 d B范围内变化;另一款为高频天线,高频圆极化天线普遍存在阻抗带宽较宽和轴比带宽较窄的问题,本文设计的天线通过SIW缝隙耦合馈电,并借鉴微带天线实现圆极化的方法对上层金属贴片进行微扰和切角处理,阻抗带宽为34.5%,增益稳定在6 d B左右,轴比带宽为12.7%。最后,对所设计天线进行加工并测试,测试结果与仿真结果相吻合,进一步验证了磁电偶极子天线宽带化和圆极化设计思路的可行性。
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