多陷波超宽带天线及宽频带平面微带反射阵设计

摘要

作为颇具应用潜力的超宽带系统的关键部件，具有多陷波特性的超宽带天线在无线通信领域拥有广阔的应用前景。平面微带反射阵是反射面天线与平面阵列天线相结合的产物。作为一类新型天线，它组合了两者的某些优点。与传统的抛物面形式的天线和平面阵列天线相比，平面微带反射阵具有结构简单，易于制作和生产，成本低等优越性，因此近些年来成为天线领域的一个研究热点。论文着重围绕具有多陷波特性的超宽带天线和宽频带平面微带反射阵天线展开研究工作。
　　 论文首先设计了一种双陷波超宽带天线。通过在超宽带天线的合适位置加载两种不同的陷波结构，使得天线实现了双陷波功能。通过分析各个谐振结构上的面电流分布，研究了谐振结构的工作原理。测试结果表明，该天线在3.3-3.7GHz和5.0-6.0GH产生陷波，并且在3-10.8GHz的其它频带内电压驻波比小于2。
　　 论文还设计了一种新型“叉子”形三陷波超宽带天线。通过在超宽带天线的合适位置加载三种不同的陷波结构，使得天线实现了三陷波功能。测试结果表明，该天线在3.3-3.7GHz，5.1-5.4GHz和5.7-5.9GHz产生陷波，并且在3-10.8GHz的其它频带内电压驻波比小于2。
　　 接下来，论文设计了一种新型单层的平面微带反射阵单元，其结构为双花瓣形状的组合形式。利用Ansoft HFSS仿真软件，优化不同的结构参数。仿真结果表明，该单元具有近乎线性的相位响应曲线，达到了500°的相位变化范围，并且在8.5-11.5GHz频率范围内相位响应曲线几乎平行。为了验证该单元的有效性，设计了一种由77个新型单元组成的正馈平面微带反射阵。测试结果表明，该反射阵的1dB增益带宽达到25％。
　　 最后，设计了一种具有线圆极化转换功能且由双层T形单元组成的宽频带平面微带反射阵。该天线仅仅需要分别旋转馈源和天线阵列的相对角度，就可以实现变极化的功能，如线极化变换到正交方向的线极化，线极化变换到左旋圆极化，线极化变换到右旋圆极化等。与矩形单元相比，双层T形单元具有近乎线性的相位响应曲线和更大的相位变化范围。文中具体设计了一种由81个双层T形单元组成的正馈平面微带反射阵。测试结果表明，该反射阵的1dB增益带宽和3dB轴比带宽分别达到了20％和28％。