【摘 要】
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随着现代通信技术的发展,通信系统对圆极化天线提出了更高的要求。然而,目前大部分圆极化天线进行相位调控的目的还仅限于获得理想的圆极化特性,逐渐跟不上现代通信系统日益增加的应用需求。本文基于相位调控技术研发了一系列性能优异的圆极化天线,满足了圆极化天线在不同通讯环境下的额外需求。本文的主要工作与创新点如下:1.基于相位调控的圆极化滤波天线:①提出了基于相位调控的圆极化滤波天线新方案。该方案通过相位调控
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随着现代通信技术的发展,通信系统对圆极化天线提出了更高的要求。然而,目前大部分圆极化天线进行相位调控的目的还仅限于获得理想的圆极化特性,逐渐跟不上现代通信系统日益增加的应用需求。本文基于相位调控技术研发了一系列性能优异的圆极化天线,满足了圆极化天线在不同通讯环境下的额外需求。本文的主要工作与创新点如下:1.基于相位调控的圆极化滤波天线:①提出了基于相位调控的圆极化滤波天线新方案。该方案通过相位调控部件控制圆极化天线两个正交激励信号的相位关系,改变天线的极化分布状态,最终获得滤波特性。隔离电阻可以吸收带外辐射零点处的能量,有效地抑制了带外反射信号对发射系统末端器件的影响。②基于上述圆极化滤波方案,利用相位变化剧烈的紧凑型色散延迟线,设计并加工一款工作于2.4 GHz的圆极化滤波天线,天线频率选择性良好。③提出了具有多个带外辐射零点的双频圆极化滤波天线。基于相位调控原理,仅使用了双频色散延迟线这一个相位调控部件,即可引入四个辐射零点,解决了双频滤波天线结构复杂的问题。天线在两个工作频段都具有较好的滤波性能,整体结构简单紧凑。2.基于相位调控的双频双圆极化微带天线:①提出一种基于相位调控的低剖面的小频比双频双圆极化天线。引入平行耦合线扩充微带贴片带宽,并调节相位调控部件参数实现所需的极化分布。②提出了一种基于相位调控的宽带双频双圆极化微带天线,解决了此类天线工作带宽较窄的问题。首次在馈电网络之中引入了双频移相器,有助于实现双频双圆极化特性。天线在两个工作频段的-10 dB阻抗带宽为14.2%和8.7%,3dB轴比带宽分别为24%和10.9%。③提出了一种可切换的双频双圆极化微带天线。在设计的宽带双频双圆极化天线中引入额外的近似对称的馈电网络,增加天线设计自由度。通过控制两对单刀单掷开关实现极化状态切换和信号隔离。3.基于相位调控的圆极化全向微带滤波天线:提出了一种基于相位调控和滤波器天线融合理论的圆极化全向滤波天线。首先,基于滤波器与天线的融合理论,在工作频带带外引入辐射零点。由于全向圆极化天线的寄生贴片与主辐射贴片互相影响较小,可以单独调节每个辐射部件的滤波性能。随后,基于相位调控,改变圆极化天线的极化分布,进一步优化天线的带外抑制。在不添加额外电路的前提下,设计了一款工作于2.4GHz的圆极化全向滤波天线。天线的工作带宽可达16.7%,带内增益平坦且带外抑制明显。4.基于相位调控的全向圆极化螺旋天线:提出了基于相位调控的反转法向模螺旋天线和反转折合法向模螺旋天线/天线阵列,解决了全向圆极化天线及阵列结构复杂、体积较大的问题。反转结构的法向模螺旋天线可用非常紧凑的结构辐射全向圆极化波,同时通过反转结构调节电流相位,弥补了传统法向模螺旋输入电阻低,工作带宽窄等固有缺点。在此基础上,通过反转折合结构,进一步提升法向模螺旋天线的输入阻抗,并以此为阵元设计了四元全向圆极化天线阵列,其峰值增益可达到7.9dBic。
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