极化可重构宽带天线关键技术研究.pdf

摘要

天线作为一种无线电波发射与接收的装置，在电视广播、雷达导航、无线通信、

卫星通信、航空航天等方面都得到了广泛的应用。在无线通信系统中，收发天线的

极化失配会导致信号接收效率降低，引起不必要的传输损耗。极化可重构天线可以

实时调整天线极化状态，保证收发天线间的极化匹配，有效提高信号接受效率、提

高通信的容量、保障通信的质量并且降低通信成本。同时，现代社会中无线应用日

益增加，通信环境越发复杂，宽带特性使得天线可以覆盖众多无线应用的频段要求。

因此，极化可重构宽带（一般相对带宽20%）天线的优越性显而易见。目前已有

的极化可重构天线研究存在着带宽范围不够宽的问题。本文对可实现三种极化状

态可重构的宽带天线进行研究，基于不同的天线结构设计了两款天线，并进行了加

工测试，主要研究内容如下：

（1）研究并设计了一款微带馈电的异构环形极化可重构宽带单极子天线，利用

金属环上的两种谐振模式进行辐射，异构金属外环可以提供一个低频谐振点，圆形

金属内环提供高频处的谐振点，同时激励两个谐振可以显著提高天线带宽。此外，

该天线在微带与环形贴片之间加载两个PIN二极管作为开关，来控制切换贴片的

馈点位置，从而实现天线RHCP/LHCP/LP三种极化状态的切换。最终测试结果

表明，在所有有效工作状态下，该天线可以实现4.08-8.22GHz（67.3%）的-10dB

阻抗带宽与3dB轴比带宽重叠的有效带宽。该天线极化状态多，带宽宽，且结构

简单，二极管数量少，易于加工，可应用于4-8GHz的C波段雷达，以及5.85-8.5

GHz的大容量中继通信系统。

（2）研究并设计了一款同轴背馈的双圆环形极化可重构宽带天线，用两个大小

不同的同类型金属贴片作为主辐射结构以激励不同的谐振点，同时采用改进型的

地面结构来进一步扩展带宽，通过这两种方法，天线带宽得到了极大的提高。此外，

该天线在馈电微带两侧加载了四个PIN二极管作为开关，来控制切换环形贴片的

馈电点位置，从而实现了天线RHCP/LHCP/LP三种极化状态的重构。最终测试

结果表明，在所有有效工作状态下，该天线可以实现3.70-8.17GHz(75.3%)的

有效带宽，带内最大增益达到3.75dBi。该天线通过新的结构设计，在保证极化状

态较多以及结构简单的性能优势下，进一步扩展了带宽，同样可应用于4-8GHz

的C波段雷达，以及5.85-8.5GHz的大容量中继通信系统。

关键词：极化可重构，宽带天线，异构环形单极子天线，双圆环形天线

ABSTRACT

Asakindofradiowavetransmittingandreceivingdevice,antennaiswidelyused

inTVbroadcast,radarnavigation,wirelesscommunication,satellitecommunication,

aerospaceandsoon.Inthewirelesscommunicationsystem,thepolarizationmismatch

ofthetransceiverantennawillreducetheefficiencyofsignalreceptionandcause

unnecessarytransmissionloss.Thepolarizationreconfigurableantennapossessesthe

capabilitytomodifyitspolarizationstateonareal-timebasis,canensurethepolarization

matchbetweenthetransmittingandreceivingantennas,effectivelyimprovethe

efficiency,capacityandquality,Inthemeantimereducethecostofcommunicatio