摘 要

天线应用在无线通信中，是交换电流信号与电磁波信号的设备，即发射和接收无线电信号的前端。如广播，雷达，电视等无线通信工程系统。凡是在无线领域，都要依靠天线进行收发电磁波工作的，因此天线是无线电设备中最关键的一个部位。科技和信息技术的发展带动了人们对新生活的渴望和热爱，同时也对天线提出了苛刻的要求。为了实现多种功能，人们开始研究多功能超宽带天线。可重构天线的概念提出于20世纪60年代，是指在一副天线上实现多副天线的功能，即天线能够在多种模式下工作。可重构天线有多种分类，按照设计的需要可以分为频率可重构，极化可重构等等。前人的研究表明，圆极化波有比较好的性能，应用领域很广泛，比如移动通信、卫星通信等。微带天线的优势很大，比如体积小，它的剖面低等等。微带天线提出给无线通信领域带来了新的发展。

本课题首先介绍了天线的一些基本内容，对天线有了一个基本的认识。接着分析了天线的各种参数，并介绍了微带线的定义和发展史，然后分析了微带天线的种类以及辐射机理。根据馈电方式的优缺点分析，选择了简单的同轴线馈电，并根据公式计算了微带贴片的尺寸大小。接着对可重构圆极化天线进行了初步的探索，介绍了极化的定义和内容，提出如何构造圆极化天线。并构想了一种可重构圆极化天线。本设计是基于微带线理论，设计了矩形微带贴片圆极化天线，天线的馈电方式是基于同轴线的单点馈电。由资料分析，当馈电点的位置设置合理时，可以激发模式和模式两种模式，这两种模式电磁波的电场分量互相垂直。如果我们使用长宽相等的矩形贴片，那么所激发的两种电磁波电场分量的幅度和相位就会相等。在这个基础上，如果我们再增长某一边的长度，减少另一边的长度，就能使所激发的两种模式相位相差90度。此时模式和模式的矢量和的端点的轨迹就为圆，这就是圆极化天线。最后通过在微带贴片上开十字型槽以减小天线的谐振频率，缩小了微带天线的尺寸。进行hfss软件仿真，并参数优化，最后可以设计出中心频率为900MHz，回波损耗小于-15dB,轴比小于3dB的微带天线。在外部通过射频开关可以改变反馈点的位置，实现左旋圆极化和右旋圆极化的切换，符合设计要求。

关键词：微带线；可重构；圆极化；开槽

Abstract

In communications equipment, antenna is an indispensable and important component used to transmit and receive electromagnetic waves. Such as radio, radar, television and other wireless communication engineering system, all in the field of wireless, rely on the antenna to send and receive electromagnetic wave, so the antenna is one of the key parts in radio. With the rapid development of wireless communication technology, the requirement of the antenna is also more and more. Multi-function, ultra-wideband antenna become a hotspot. Put forward in the 1960 s, the concept of reconfigurable antenna is to point to in a pair of antenna to realize the function of multiple antennas, the antenna can work in a variety of patterns. Circular polarization antenna because of its special features, in the field of radar, satellite communication and mobile communication has been widely used. Microstrip antenna has many remarkable advantages, such as low profile, light weight, easy and radio frequency integrated circuit devices, etc., and easy to realize circular polarization, circular polarization microstrip antenna is therefore a form of circular polarized antenna which are frequently used.

This paper first introduces the basic content of the antenna and antenna of some basic parameters. This paper introduces the definition of polarization and content, puts forward how to construct circular polarized antenna. And a reconfigurable circular polarized antenna is designed. The design of the rectangular microstrip patch circular polarization antenna, the antenna feed way is based on the coaxial line single-point feed point. By theoretical analysis, when the coaxial feed point in the rectangular patch diagonal position, can stimulate the two pattern. These two kinds of mode of the electric field component perpendicular to each other. When we set the radiation patch length L and width W is equal, so, incentive of this two kinds of mode frequency, amplitude is equal, the electric field direction perpendicular to each other. If we slightly adjust the size of the radiation patch, makes the phase - 45° and 45°, respectively, it satisfies condition of circular polarization. At last, by cross trough to minimize on the microstrip patch antenna resonant frequency, reduce the size of the microstrip antenna. By HFSS software simulation and parameter optimization, and finally can design center frequency is 900 MHz, the return loss is less than 15 db, axial ratio less than 3 db of the microstrip antenna. And through external control feedback point switch, realize left-handed and right-handed polarization switching, the design meets the requirements.

Key Words：microstrip；reconfigurable；Circular polarization；slot

目录

第1章 绪论 1

1.1 天线和天线参数 1

1.1.1 谐振频率 1

1.1.2 增益 1

1.1.3 带宽 2

1.1.4 输入阻抗 2

1.1.5 驻波比 2

1.1.6  辐射方向图 3

1.2可重构圆极化天线的研究意义和背景 3

1.3本论文的主要工作 4

第2章 微带天线的基本理论 5

2.1微带天线的定义 5

2.2 微带天线发展史和种类 5

2.2.1微带贴片天线 6

2.2.2微带振子天线 6

2.2.3微带行波天线 7

2.3 微带天线理论分析技术 7

2.4微带天线的辐射机理 8

2.5 微带天线的馈电 9

2.6 微带天线的优缺点 10

2.7 矩形微带天线的特性参数 10

2.7.1矩形微带贴片尺寸 10

2.7.2 辐射场 11

2.7.3 输入导纳 11

2.7.4 方向性系数 12

第3章 可重构圆极化天线 13

3.1 天线的极化 13

3.1.1 线极化 13

3.1.2 椭圆极化 13

3.1.3 圆极化 14

3.2 圆极化的特性 14

3.3 矩形圆极化微带天线 15

3.4 可重构圆极化 16

3.5 同轴开关 16

第4章 天线仿真设计与结果 17

4.1 hfss介绍 17

4.2 天线参数的选择 17

4.3天线的小型化 17

4.4 仿真结果分析 19

第5章 总结 23

参考文献 24

致 谢 25

第1章 绪论

1.1 天线和天线参数

空间的电磁波通过天线接收并传送到电路，电路里的交流信号再通过天线发送电磁波到空间中去。所以，天线是一种能够互相转换电路里的交流电流信号和空间无线电波信号的收发装置，在无线通信中用来发射或接收空间无线电波的部件。天线的性能由许多临界的参数决定，所以在天线设计中，通过调整天线的一些参数可以改善天线的性能^[1]。天线活跃在人们生活的各个领域，没有天线就没有现代通信。天线既然是一种空间无线电波与有线电路里的交流电流信号互相转换的装置，则必然天线的一端和电路中的交流电流信号相连，另一端与天空中的无线电相连。所以，可以把天线的基本参数分为两部分，一种为阻抗特性，该特性描述了天线在有线交流电路里的特征；然而另一种是辐射特性，该特性描述了天线在空间中的辐射电磁波特性；天线有诸多参数，例如带宽、谐振频率等。其中宽带是从实际应用出发引入的参数。

1.1.1 谐振频率