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几类宽带圆极化天线设计
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在现代无线通信系统中，天线占据着举足轻重的地位，圆极化天线作为天线领域 的重要组成部分，因其能够有效抵御多径干扰和信号衰落的问题，并且在收、发天线 之间无需严苛的定位要求，而受到了广大研究者的密切关注。宽带圆极化天线不仅能 够满足现代无线通信系统对灵活性和覆盖范围日益增长的需求，而且能够有效提升通 信系统性能、适应不同应用场景、优化频谱利用，以及增强抗干扰能力。本文首先介 绍了圆极化天线的研究背景和研究动态，并对相关原理进行了分析和介绍；其次重点 研究了圆极化缝隙天线、圆极化全向天线和圆极化磁电偶极子天线的设计方法和宽带 技术，并对其中两款天线进行了加工和测试以验证设计方法的准确性和有效性。论文 的研究工作具体包括： 1. 利用模式分析的方法设计了一款由 L 形微带线馈电、地板上圆形宽缝隙四周 加载四条矩形缝隙的圆极化缝隙天线，并通过条带加载和切角技术将 TE11，TE21，TE31 和 TE41 四种模式的谐振频率调整到相近的位置，从而拓宽天线的工作带宽。根据测 试结果，该天线在 3.15-8.25GHz 频段内的|S11|均低于-10dB，显示出 89.5%的宽频带特 性，轴比在 3.15-8.1GHz 的频带内保持在 3dB 以下，相对轴比带宽高达 88%。峰值增 益为 8dBic，在大于 70%的工作频带内，增益波动小于 1dB。 2. 通过结合等效环天线产生的水平全向极化和金属短路柱产生的垂直全向极化 来产生圆极化，以此设计了一款双端口圆极化全向天线，该天线相对阻抗带宽可以达 到 29.0%，相对轴比带宽可以达到 34.1%，相对工作带宽为 29.0%，两端口间隔离度 大于 15dB。在此基础上，通过改进馈电结构和加载特殊的 CSRR 结构设计了一款单 端口圆极化全向天线，并将功分器枝节弯曲以减小天线尺寸。实物测试结果表明，该 天线在 2.34-3.45GHz 的频带内|S11|<-10dB，在 2.2-3.45GHz 的频带范围内，最大辐射 方向上的 AR（轴比）维持在 3dB 以下，其综合工作带宽为 38.3%。 3. 通过使电、磁偶极子具有相等幅度，并引入 90º的相位差，设计了圆极化磁电 偶极子天线。并通过加载交叉形耦合缝隙和方形寄生环来使天线产生额外的工作模式， 通过条带加载和截断来调整阻抗和轴比大小，以此来展宽天线的工作带宽。仿真结果 显示，该天线在 3.39-7.35GHz 的频带内|S11|<-10dB，在 3.45-6.36GHz 的范围内，天线 轴比在最大辐射方向小于 3dB，其综合带宽为 59.3%。此外，天线的峰值增益为 10.15dBic，且在大部分频带内变化小于 1dB。
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