超表面圓極化天線.pdf

1、隨著無(wú)線射頻技術(shù)的進(jìn)步，線極化天線已經(jīng)不適用于的特殊的設(shè)備要求。在遠(yuǎn)距離傳輸和抗干擾方面，圓極化天線有顯著的優(yōu)勢(shì)，圓極化波在雨雪中傳播衰減小，能穿透電離層，不受地球磁場(chǎng)產(chǎn)生的法拉第效應(yīng)(Faraday effect)影響。圓極化天線在無(wú)線通信領(lǐng)域應(yīng)用十分廣泛，比如全球定位系統(tǒng)(GPS，Global Position System)，RFID閱讀器天線，電子不停車收費(fèi)(ETC，Electronic Toll Collection)系統(tǒng)天線

2、。圓極化天線還被廣泛應(yīng)用在雷達(dá)監(jiān)測(cè)如云雨天氣監(jiān)測(cè)，日常林火監(jiān)測(cè)，海洋浮游生物監(jiān)測(cè)，水位檢測(cè)。
　　本文先對(duì)天線的發(fā)展和超材料發(fā)展的國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀進(jìn)行介紹分析，還介紹了天線的基本參數(shù)和超材料的基本種類。再對(duì)微帶天線圓極化的不同技術(shù)路線進(jìn)行了介紹和分析，對(duì)單饋法圓極化天線的圓極化理論和腔模理論進(jìn)行了推導(dǎo)，了解幾何微擾對(duì)簡(jiǎn)并模產(chǎn)生的影響。接著，研究超表面產(chǎn)生圓極化的原理，設(shè)計(jì)了5.8GHz縫隙天線和超表面。該超表面由4*4個(gè)周期性單元構(gòu)成，

3、是在正方形的金屬表面進(jìn)行不規(guī)則開(kāi)槽設(shè)計(jì)，其作用相當(dāng)于一個(gè)有圓極化功能的空間濾波器。加載超表面后可以把縫隙天線的線極化波轉(zhuǎn)變?yōu)閳A極化波，縫隙天線的阻抗帶寬（S11＜-10dB）為5.70-5.96GHz，加載超表面后圓極化波的軸比帶寬為5.03-6.22GHz，增益達(dá)6dB，該超表面還可以屏蔽工作頻帶外的電磁干擾。然而，由于該超表面面積尺寸太大，不適用于對(duì)小型化程度要求很高的閱讀器天線，所以對(duì)超表面的小型化方法進(jìn)行了研究。縫隙天線的結(jié)構(gòu)不

4、變，超表面僅為以前超表面的1/16大小，但超表面的加載方式發(fā)生了改變，需要緊密貼合在微帶縫隙貼片天線背面。加載后的詛抗帶寬（S11＜-10dB）為5.65-6.05GHz，縫隙天線的原始軸比為60dB，加載一層超表面后軸比降為10dB，加載兩層超表面后軸比最低降為5dB，加載三層超表面后軸比降為小于3dB，軸比帶寬為5.52-5.64GHz?？梢?jiàn)，增加多層超表面后，天線的軸比帶寬可以得到擴(kuò)展，軸比也會(huì)降低。另外，因?yàn)镕R4的厚度增加，等

5、效介電常數(shù)增加，所以中心頻率有所降低。最后，研究了超表面旋轉(zhuǎn)角度對(duì)極化狀態(tài)的影響，縫隙天線的結(jié)構(gòu)不變，尺寸有所調(diào)整，阻抗帶寬（S11＜-10dB）為5.53-5.90GHz。當(dāng)超表面和縫隙天線對(duì)齊時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)左旋圓極化，軸比帶寬為5.74-5.85GHz，當(dāng)超表面旋轉(zhuǎn)90度時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)右旋圓極化，軸比帶寬為5.78-5.94GHz。圓極化天線的體積僅為25mm*25mm*4mm。極化狀態(tài)實(shí)現(xiàn)的原理是不同角度的超表面會(huì)產(chǎn)生不同的阻抗相位差