基片集成圆极化背腔天线-电子与通信工程专业论文.docx

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独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作 及取得的研究成果。据我所知,除了文中特别加以标注和致谢的地方 外,论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果,也不包含为 获得电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与 我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的 说明并表示谢意。 作者签名: 日期: 年 月 日 论文使用授权 本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文 的规定,有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘, 允许论文被查阅和借阅。本人授权电子科技大学可以将学位论文的全 部或部分内容编入有关数据库进行检索,可以采用影印、缩印或扫描 等复制手段保存、汇编学位论文。 (保密的学位论文在解密后应遵守此规定) 作者签名: 导师签名: 日期: 年 月 日 - 4 - 摘要 摘要 I I 摘 要 圆极化天线因为其相对于线极化天线的多种优点而被广泛应用于各种无线通 信系统中,而背腔圆极化天线又具有方向图稳定、增益高、后向辐射小的优势。 同时利用多层电路板技术可将背腔圆极化天线及其馈电网络集成于介质板中,从 而有效简化天线阵列的背腔形式和馈电网络,满足现代通信系统对天线小型化、 集成化的需求。本文对基片集成圆极化背腔天线进行深入研究,根据不同产生圆 极化的原理设计了三种圆极化背腔天线单元和阵列。 第一章首先介绍了本文的研究背景和意义,回顾了传统圆极化背腔天线和基 片集成圆极化背腔天线的起源、发展历程、国内外研究现状并介绍了几种典型的 圆极化背腔天线,最后提出本文的研究内容和结构安排。 第二章介绍了背腔天线的设计原理,利用开口谐振腔模型来分析背腔内模式 场分布,并根据本文设计中腔体的形状简要介绍矩形、圆形和椭圆形波导的主要 模式的场分布。最后介绍了基片集成波导的等效原理及波导缝隙天线的设计原理。 第三章首先提出一种旋转椭圆腔体的圆极化背腔单元,通过缝隙馈电在背腔 内激励起两个正交模式形成圆极化。针对天线单元轴比带宽窄的缺点,设计了一 种新型基片集成波导功分器,结合所提出的圆极化背腔单元设计了一个 4?4 的圆 极化天线阵列。阵列的轴比带宽被有效提升到 34.4%。 第四章提出一种加载三角形贴片的圆极化背腔单元,利用缝隙馈电在贴片上 激励起的两个正交模式形成圆极化。将背腔单元和第三章中提出的基片集成波导 功分器连接组成一个 4?4 的圆极化天线阵列。结果表明贴片加载的天线阵列相对 于第三章中阵列阻抗带宽拓宽 2.4%,同时带内最高增益上升了 1dBi。最后针对单 元口径效率不高的缺点提出两种对腔体形状的改进方案,单元的口径效率分别提 高了 1.6%和 3.8%.。 第五章提出一种工作在 60GHz 加载 S 形贴片的圆极化背腔单元,通过加载贴 片和馈电缝隙的辐射场在空间叠加形成圆极化。同样将背腔单元和第三章中基片 集成波导功分器连接组成了 4?4 的圆极化天线阵列。天线阵列的阻抗带宽 9.3%, 3-dB 轴比带宽为 8.6%,基本覆盖了 60GHz 无线个人局域网所需的频带。 第六章总结了本文的研究内容并对下一步研究的方向进行了展望。 关键词:圆极化,背腔天线,基片集成波导,多层电路板技术 AB ABSTRACT II II ABSTRACT A circularly polarized antenna is widely used in various wireless communication systems, as it has a number of advantages compared with linearly polarized antenna. And circularly polarized cavity-backed antenna has many excellent properties, such as: stable radiation pattern, high gain and small backward radiation. The circularly polarized cavity-backed antenna and the feeding network can be integrated in the dielectric plate by using the multilayer printed circuit board technology, thereby the antenna array has been effectively simplified to meet the modern communication system demands of miniaturization and

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