基于新型结构的小型圆极化微带天线研究.pdf

摘要

天线是无线通信系统中的重要部件，天线性能的好坏直接影响系统的性能。

随着无线通信技术的飞速发展，低成本、小型化、圆极化、宽频带、多频带的天

线已成为主要发展趋势。微带天线是近几十年发展起来的一种电小天线，因其具

有体积小、剖面低、重量轻等优点而得到了广泛的研究与应用。已有大量研究发

现，通过采用一些新型的结构，使得微带天线的性能得到极大的提升。

微带天线可通过选择特定的贴片形状、馈电方式或加载特殊结构而获得所需

的谐振频率、轴比、阻抗，以此来达到实现宽频带、多频段、圆极化、小型化特

性的目的。微带天线一般由辐射贴片、介质基板和接地板几部分构成。本文针对

微带天线辐射贴片和接地板的结构进行了设计与仿真分析，通过加载新型结构来

获取小型化、多频带、宽频带、圆极化等特性。

本文工作主要如下：

提出了一种接地板加载开口谐振环（SRR）结构的超宽带圆极化微带天线。

在传统圆形贴片天线的基础上，采用部分接地实现超宽带特性，通过接地板加载

SRR结构在3.92GHz4.57GHz频段内获得良好的圆极化特性。在不影响其他性

能的同时，该天线设计具备小型化、多频带、超宽带和圆极化特性。

设计了一种辐射贴片寄生SRR结构的多频圆极化微带天线。在圆形贴片天

线的辐射贴片外围加载SRR结构，在3.45GHz、4.11GHz、4.97GHz、5.71GHz

和7.23GHz处激励出谐振点，实现了多频谐振特性。通过在辐射贴片表面蚀刻

45°矩形槽，分别在4.65GHz5.15GHz和5.92GHz6.16GHz频段内激发圆极化

辐射。该天线在保证小型化和多频带特性的同时，还具有较好的圆极化特性。

研究了基于八卦寄生结构的类太极形双频圆极化微带天线。一方面，辐射贴

片采用了类太极形状设计，在贴片周围加载了传统八卦寄生元件来优化阻抗匹配、

改善增益，于2.45GHz和5GHz处获得双频特性，实现了一种寄生八卦结构的类

太极形双频微带天线。另一方面，通过蚀刻“阴鱼”缺陷地结构（DGS），降低

频比实现天线的小型化，而其独特的“阳鱼”形辐射贴片设计激励了馈电点处的

圆极化特性，实现了一种加载缺陷地结构的类太极形双频圆极化微带天线。

本文研究的天线主要工作在S频段、C频段，可广泛应用于卫星通信、无线

局域网（WiFi）、雷达和无线电广播系统等领域。S波段的信号具有较低的传输

损耗和较好的穿透能力，适用于中距离通信和数据传输；C波段的信号传输能力

较强，适用于长距离通信和穿透建筑物等场景。可见，研制适用于S频段、C频

段的高性能天线具有重要的意义。而本文的研究工作对设计S频段、C频段的小

型圆极化多频天线具有一定的理论和实际意义。

关键词：微带天线，小型化，圆极化，开口谐振环，宽频带，多频，类太极形

Abstract

Antennaisanimportantcomponentinwirelesscommunicationsystem,andthe

performanceofantennadirectlyaffectstheperformanceofthesystem.Withtherapid

developmentofwirelesscommunicationtechnology,low-cost,miniaturized,circular

polarized,wide-band,multi-bandantennahasbecomethemaindevelopmenttrend.

Microstripantennaisakindofelectricsmallantennadevelopedinrecentdecades,

whichhasbeenwidelyresearchedandappliedbecauseofitsadvantagesofsmallsize,

lowprofileandlightweight.Alargenumberofstudieshavefound