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随着无线射频技术的进步,线极化天线已经不适用于的特殊的设备要求。在远距离传输和抗干扰方面,圆极化天线有显著的优势,圆极化波在雨雪中传播衰减小,能穿透电离层,不受地球磁场产生的法拉第效应(Faraday effect)影响。圆极化天线在无线通信领域应用十分广泛,比如全球定位系统(GPS,Global Position System),RFID阅读器天线,电子不停车收费(ETC,Electronic Toll Collection)系统天线。圆极化天线还被广泛应用在雷达监测如云雨天气监测,日常林火监测,海洋浮游生物监测,水位检测。本文先对天线的发展和超材料发展的国内外现状进行介绍分析,还介绍了天线的基本参数和超材料的基本种类。再对微带天线圆极化的不同技术路线进行了介绍和分析,对单馈法圆极化天线的圆极化理论和腔模理论进行了推导,了解几何微扰对简并模产生的影响。接着,研究超表面产生圆极化的原理,设计了 5.8GHz缝隙天线和超表面。该超表面由4*4个周期性单元构成,是在正方形的金属表面进行不规则开槽设计,其作用相当于一个有圆极化功能的空间滤波器。加载超表面后可以把缝隙天线的线极化波转变为圆极化波,缝隙天线的阻抗带宽(S11<-10dB)为5.70-5.96GHz,加载超表面后圆极化波的轴比带宽为5.03-6.22GHz,增益达6dB,该超表面还可以屏蔽工作频带外的电磁干扰。然而,由于该超表面面积尺寸太大,不适用于对小型化程度要求很高的阅读器天线,所以对超表面的小型化方法进行了研究。缝隙天线的结构不变,超表面仅为以前超表面的1/16大小,但超表面的加载方式发生了改变,需要紧密贴合在微带缝隙贴片天线背面。加载后的阻抗带宽(S11<-10dB)为5.65-6.05GHz,缝隙天线的原始轴比为60dB,加载一层超表面后轴比降为1OdB,加载两层超表面后轴比最低降为5dB,加载三层超表面后轴比降为小于3dB,轴比带宽为5.52-5.64GHz。可见,增加多层超表面后,天线的轴比带宽可以得到扩展,轴比也会降低。另外,因为FR4的厚度增加,等效介电常数增加,所以中心频率有所降低。最后,研究了超表面旋转角度对极化状态的影响,缝隙天线的结构不变,尺寸有所调整,阻抗带宽(S11<-10dB)为5.53-5.90GHz。当超表面和缝隙天线对齐时,可以实现左旋圆极化,轴比带宽为5.74-5.85GHz,当超表面旋转90度时,可以实现右旋圆极化,轴比带宽为5.78-5.94GHz。圆极化天线的体积仅为25mm*25mm*4mm。极化状态实现的原理是不同角度的超表面会产生不同的阻抗相位差,+90°的相位差和-90°相位差产生不同状态的圆极化波,圆极化旋转方向相反。