毫米波宽带圆极化天线设计文献综述

 2023-08-15 14:28:59
  1. 文献综述(或调研报告):

为了研究性能良好的天线,我将在圆极化天线上进行一定探究,因为圆极化(CP)辐射有遇障碍物反射波旋向相反的特性,可以很好地抗多径效应和雨雾干扰,在天线领域中有很重要的地位,接下来介绍关于圆极化天线,现有领域的一些具有标志性的内容与设计。

圆极化在雷达、卫星和毫米波系统等许多应用中有重要的地位。圆极化天线阵列在60GHz的应用降低了噪声对天线方向性的干扰,使整个系统能更好抵抗多径效应。

据文献[1],磁偶极子与电偶极子具有相反的E面与H面,因此可将常见的对称半波电偶极子与1/4波长微带线磁偶极子连接,可以得到辐射方向近似相同的E面与H面。因此提出了一种天线利用电偶极子和磁偶极子方向图互补叠加原理,使其相对带宽为 44%( -15 dB),在 1.85~2.89 GHz 的频带范围内,增益波动仅为 0.5 dBi,方向图稳定。

宽槽型缝隙天线,据文献[2],采用寄生贴片、L形缝隙或人工磁导体(AMC)反射器等技术可以提高宽缝隙天线的轴比(AR)带宽。利用L形馈线产生CP辐射,宽缝隙和寄生贴片组成天线结构,可以具有较宽带阻抗。通过调整宽缝与寄生贴片之间的距离,带宽可以在5%~45%之间变化,天线增益变化约4dB。并且因为天线是单馈的,所以不需要额外的电路,但此方法具有较大的背瓣。

波导缝隙天线,据文献[3],提出了一种简单的双弯微带线馈电结构的SPDF-CP环形缝隙天线设计,比大多数CP缝隙天线都要小,用此方法可以拥有很小的背瓣,但与此同时3dB AR带宽会较窄,小于20%。

文献[4]提出设计并制作了一款新型的基片集成波导背腔 缝隙线极化天线,通过引人六边形缝隙,使得天线的带 宽性能得到提升。其介质基板的上下表面分别镀有金属层,通过金属腐蚀技术形成辐射缝隙以及馈电网络;利用金属化通孔围成一个矩形,并且以 等效电壁的形式构成谐振腔体将基片集成波导(SIW)技术应用在背腔缝隙天线的设计上。基于SIW结构的背腔缝隙天线能够有效解决传统 金属波导缝隙天线的体积笨重、重量大以及制作成本高等缺点。

微带贴片天线单馈型,在文献[5]中,提出了一种单点同轴线馈电小型化高增益圆极化三角形微带贴片天线的设计方法。通过在三角形贴片的中心开一个十字形槽获得圆极化及尺寸缩减,同时在接地板上开三个同尺寸三角形槽提高天线的增益,通过调节三 角形槽的尺寸在保持圆极化的情况下准确调节天线的谐振频率。HFSS仿真数据表明,当天线工作于2.43GHz时, 阻抗带宽和圆极化带宽分剔为120 MHz(4.9%),30 MHz(1.2%),增益为3.5 dB。与传统的小型化方形贴片天线相比,该天线具有更小的贴片面积和更宽的工作带宽。

微带贴片天线采用双馈结构或顺序旋转的贴片阵列时,据文献[6],可以获得超过30%的较宽AR带宽,这是一种采用双偏置耦合馈电的UHF频段CP辐射方形微带RFID标签天线。为了使所提出的天线具有理想的输入阻抗,以此来获得良好的阻抗匹配,除了控制两条耦合线适当的长度以及它们与辐射贴片的距离外,还必须提供两条适当长度的微带馈线,其中一条馈线比另一条长四分之一波长。因为此设计对CP带宽的提高是由于两种组合技术,双偏置耦合馈源和交叉槽(微扰单元)加载。另外,与普通标签天线较低的读取范围相比,所提出的CP天线在连接到大的金属表面时,具有略微改善的读取范围和增益水平(与自由空间条件相比)。但这方法需要馈电网络并占用较大的空间。

在文献[7]中,提出了一种具有四个寄生环的交叉偶极子天线,通过在偶极臂旁增加寄生环谐振器,可以比传统的交叉偶极子天线增加更宽的CP带宽。并且,为了进一步提高AR和阻抗带宽,使用了1times;2和2times;2排列的阵列天线。1times;2阵列中的两个交叉偶极子单元以90°相位差放置。类似地,2times;2阵列的四个单元具有顺序旋转的配置,相应的交叉偶极子朝向0、90、180和270的相位,能使AR带宽提高到30%以上。

据文献[8]提出一种交叉蝶形偶极子天线,其基本概念是极子两臂输入导纳的实部相等,相角相差90°,相角是通过调整偶极臂的长度来实现。应用这一概念,利用空腔背衬结构构造了宽带CP天线,并应用复合腔优化电场分布以获得稳定的辐射方向图。以两个三角形蝶形偶极子交叉形成的一对交叉蝶形偶极子(CBD)作为激励源,这在一定程度上决定了工作频率和最终带宽。较大的三角形蝴蝶结偶极子的尖角是圆形的,较小的三角形蝴蝶结偶极子由两个重叠的间隙加载,在大部分有影响的区域内提供输入电容,将AR带宽扩大到39%。

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