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为无线应用设计分析和测试宽带圆极化小型微带天线 摘要：GPS、卫星手机都需要宽带小型圆极化天线。微带天线有固有的窄带宽，因此要求增加带宽和减小天线的尺寸，这篇论文主要是讨论天线的设计和宽带小型圆极化天线MSA测试。所设计的天线带宽通过使用EC堆叠贴片天线来扩大的。所设计的天线具有3 dB的轴比AR 16.71%和驻波比BW（驻波比小于2）20.17%。它通过加载的辐射贴片上的交叉缝隙，实现了一个明显的量的减少，这篇论文还分析了不同的模拟设计在驻波比、轴比、阻抗、增益以及回波损耗。在天线建造好之后，使用矢量网络分析仪（RS来300KHz-8GHz）测量天线，然后发现所测量的结果和预计模拟的结果十分吻合。 关键词：轴比（AR）、驻波比（VSWR）、阻抗、紧凑、电磁耦合（EC）、极化（CP），微带天线 介绍 现如今，由于无线系统的高速发展，尤其是卫星通信，对于天线的要求也愈加提高。在卫星通信方面，如果移动台在仰角和姿态的变化，天线的发送和接收信号是在一个恒定的水平，这种理想的结果是很令人满意的。因此，宽带圆极化和尺寸小型化的天线应运而生。微带天线由于重量轻，体积小，生产成本低，非常适合于这种应用。虽然传统的贴片天线在单一馈电方式下可以产生一个圆极化辐射模式，但是当我们从高处极点向瓦层移动的时候，天线的增益就会减小，增益是伴随着轴向比的变小而变小的。在过去的几年里，带有插槽的贴片天线调查得出使得天线变得更加紧凑，带宽更加大。因此选择合适的进料工艺、基材材料、偏振类型、宽带技术，尺寸缩小技术对一个天线的成功设计有重要的作用。单馈电方式的圆极化微带天线（CP）由于它的简单的结构被大家有兴趣的考虑。他们可以用比双馈圆极化微带天线更少的馈电板的空间，来更简洁的实现[8]。 Yan Shan Boo 等人用探针馈电矩形贴片与一个寄生元件，以实现12％的轴向比带宽[10]。他们主要的贴片是在厚（86.0mm*77.5mm）的FR4（εr=4.3,tanδ=0.02）衬底上制造的，它的上贴片（114.0毫米×104.0毫米）是在泡沫薄FR4基板上构建而成的。然而，制造泡沫寄生贴片本身就是很困难的，更何况是驱动贴片对准，因此，在本篇文章中，代??空气电介质是可以降低工业制造难度的介质。 为了设计一个单馈电方式的微带圆极化贴片天线（CP），包括截断补丁角落和嵌入在辐射贴片的横槽，都常采用摄动方法，使用一个接近正方形的贴片[6][7],其中，采用了十字槽的优点是所需的贴片尺寸是相比于其它方法对于一个给定的圆极化频率小[1].为了实现两个正交模式，这个模式有相同的振幅和相位差，十字槽必须被设计成具有适当的槽长度比，并通过调整供给位置，50Ω输入阻抗可以在贴片中找到。十字槽的所需时隙长度比主要是由其时隙长度决定。对于较大的槽长度，微带天线具有相对较低的圆极化工作频率。本篇论文分析圆极化带宽和谐振频率不同的插槽长度的效果。 为了实现良好的圆极化特性，将同轴馈电的位置进行了优化，将馈电位置通过X0=XCosθ和Y0=XSinθ在开始的时候被固定在了馈电位置（X0，Y0）的弧上[3]，这种馈电优化方式对提高圆极化堆叠微带天线的设计要求十分有用。 Ⅱ.天线的设计 现在有大量得提高天线带宽的方法，例如，优化馈电探头，使用多重共振，使用折叠的贴片进行馈电，或者使用开槽辐射单元。平面辐射元件的形状是由与槽反应性加载它设计和Chair.R等[4]优化而成的。它也表明，一个U形槽引入了输入阻抗的电容成分抵消探针的电感分量，还补偿了增加电感效应，由于狭槽，所述基板的厚度增大，因此作为厚度相应地增加了带宽的增加。在本文中，两个正交交叉缝隙被引入以实现所需的特性。 仿真模拟的建立 天线的谐振特性进行了预测和优化使用，它使用瞬间优化技术方法高电磁场仿真软件IE3D。设计过程开始于确定该长度，宽度和电介质物质的种类对于给定的工作频率为每次用MATLAB软件的标准方程，然后该多层电介质法（叠层）被用于引入厚的空气电介质，以进一步增强带宽[5] 。除此之外将两个交叉缝隙整合并优化;这降低了天线的尺寸。在最后所述探针馈送引入用于获得所需要的带宽，谐振频率和增益值。 B. 天线的物理结构 这两个几乎正方形补丁蚀刻在分开的基底上，他们是在底部衬底厚度h1和相对介电常数ε1，与厚度H3和相对介电常数ε3顶部基板。 为了方便起见，在实际设计中，两个基板的厚度均为H1= H3= 1.6毫米，并且 ε1=ε3= 4.4。为了实现较宽的带宽，稍微上层的贴片（15.89 mm × 13.9 mm）是在FR4基板制造的（FR4介质的电特性εr = 4.4, tan δ= 0.02，），空气介质夹在两者之间（空气介质的电特性εr = 1.0