多頻帶多極化微帶貼片天線研究.pdf

1、天線作為無線通信系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，一直都是研究熱點，尤其是微帶貼片天線，因其具有易共形、低剖面、易加工、易與有源器件集成等優(yōu)點而受到關(guān)注，已廣泛應(yīng)用于飛行器以及移動通信設(shè)備上。隨著無線通信技術(shù)和多媒體技術(shù)的快速發(fā)展，對于能工作在多頻帶的天線的需求日漸增長，而不同頻段往往需要不同的極化方式，如在GPS頻段大多采用圓極化方式，在Wi-Fi、GSM頻段則大多采用線極化方式，因此設(shè)計既滿足多頻段要求同時又滿足不同頻段極化方式不同要求的天線成為天線

2、領(lǐng)域的一個難題。本文首先分析了單極天線和微帶貼片天線在無人機上的工作性能，然后研究了多頻帶線極化微帶貼片天線的實現(xiàn)方式，在此基礎(chǔ)上進一步深入研究了實現(xiàn)多頻帶多極化微帶貼片天線的不同方法及其小型化技術(shù)。
　　本文的主要研究工作和創(chuàng)新點如下:
　　1.以無人機通信為應(yīng)用背景，分析了單極天線和微帶貼片天線在無人機上的工作性能。首先從工作在Wi-Fi頻段的單極天線著手，進行了單極天線與無人機機體的一體化建模，對比了單極天線在自由空間

3、和在無人機上的特性差別;其次對工作在Wi-Fi頻段的微帶貼片天線與無人機機體進行了一體化建模，分析了貼片天線在自由空間和在無人機上的工作性能差別;進一步對比了單極天線和微帶貼片天線在無人機上的性能差異，分析了存在的問題。
　　2.提出了一種利用縫隙加載技術(shù)實現(xiàn)貼片天線多頻帶輻射的方法，該方法利用貼片天線的基模產(chǎn)生低頻段輻射，利用加載的弧形縫隙產(chǎn)生高頻段輻射。為了增大阻抗帶寬，采用了電容貼片饋電和雙層介質(zhì)結(jié)構(gòu)。采用該方法設(shè)計了工作于

4、GPS L1頻段和Wi-Fi2.4GHz頻段的雙頻帶線極化天線、以及工作于GPS L1頻段和Wi-Fi的2.4/5.5GHz頻段的三頻帶線極化天線。
　　3.提出了一種雙端口饋電的縫隙加載多頻帶多極化貼片天線結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)利用雙端口饋電實現(xiàn)了貼片上兩個正交方向的工作模式，并且相位差約為90°，產(chǎn)生右旋圓極化，工作在GPS L1頻段;同時利用加載縫隙引入了Wi-Fi2.4GHz的線極化頻段。該天線能夠滿足GPS L1和Wi-Fi2.4

5、GHz的帶寬要求，并能保證兩個頻段遠場方向圖的一致性。
　　4.提出了一種單端口饋電的L型縫隙加載實現(xiàn)貼片天線雙頻帶多極化的方法，并設(shè)計了一種工作在1.575GHz頻段以及2.4GHz頻段的微帶貼片天線，在1.575GHz頻段為左旋圓極化，在2.4GHz頻段為線極化。為滿足GPS L1頻段的右旋圓極化需求，進一步將上述左旋圓極化天線的輻射貼片進行了垂直鏡像，實現(xiàn)了在GPS L1頻段的右旋圓極化輻射。這兩種天線具有饋電簡單、方便加工

6、、成本低廉、易于共形等優(yōu)點。
　　5.提出了一種單端口饋電的多頻帶多極化天線的小型化方法，利用高介電常數(shù)的介質(zhì)材料，在保證厚度基本不變的情況下，將天線的尺寸減小了40％（相比于前邊提到的天線）。該天線采用了三層介質(zhì)結(jié)構(gòu)，工作在低頻段的輻射貼片在中層介質(zhì)的上部，利用饋電貼片和輻射貼片之間的縫隙耦合饋電;工作在高頻段的輻射貼片在最頂層介質(zhì)上部，利用電容貼片饋電。該結(jié)構(gòu)上層貼片和下層貼片分別獨立地對各自的工作頻段輻射有決定性貢獻，該天線