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方形微带贴片天线的宽轴比波束的带宽仿真研究

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本文针对单层方形微带贴片天线3dB轴比波束宽度拓宽问题，提出在保持方形微带贴片天线原有性能的基础上，采用短路针加载技术和枝节延伸策略增加贴片和地板间的垂直位移电流，进而增大主极化方向辐射强度，实现改进模型主极化方向上天线增益的提升，改善3dB轴比波束宽度。针对微带天线阻抗带宽窄的固有特性，基于微带贴片耦合谐振理论，使用附加寄生贴片技术实现改进模型阻抗带宽的增加。 首先，面向高纯度圆极化波现实需求，搜集和整理国内外3dB轴比波束宽度提升技术最新研究成果。将加载短路针技术引入方形微带天线轴比宽度拓宽领域之中。 其次，作为后续研究的基础，本文先行详述了微带天线辐射与设计的基本理论，重点讨论了微带天线贴片谐振特性和加载短路针技术基本理论。 再次，为了实现圆极化特性，本文研究了双馈点单层方形微带贴片天线模型，在此基础上，讨论天线各参数对天线电参数和辐射特性的影响。针对微带贴片天线阻抗带宽窄的问题，利用微带贴片间耦合谐振特性理论，提出使用附加寄生贴片技术拓宽频带宽度的基本方法，进而形成双层微带天线模型。为拓宽方形微带天线的3dB轴比波束宽度，对双馈点方形单层微带贴片天线采用短路针加载技术，并探索加载短路针技术在方形微带贴片天线设计中适用性。在此基础上，对加载短路针的双层微带贴片天线宽角轴比特性和阻抗带宽特性开展研究。结果表明，加载短路针的双层微带贴片天线的宽角轴比特性和阻抗带宽特性存在一定的矛盾，以单层加载短路针的微带天线研究为过渡，创新性地提出使用枝节延伸技术以实现双层贴片天线总体性能最优。通过模型建立、HFSS仿真和天线实验数据分析，对方案进行验证，并研究各参数对天线性能的影响，进一步，对枝节延伸宽轴比波束双层方形微带天线进行参数优化，进而实现阻抗带宽和轴比波束宽度的双提升。本文将基本双层方形微带天线、加载短路针双层方形微带天线以及枝节延伸的宽轴比波束的双层方形微带天线三者结果进行比较，在实验上说明本文所提方法的可行性。 最后，为使上述天线适应实际需求，本文还设计了附加馈电网络。首先，根据天线馈电点的位置和馈电性能的需要，设计了一款馈电网络；其次，分析其输出端口幅值、相位特性及其隔离度，并进行优化；最后，将功分器与天线进行整体联调，给出贴合实际的一款宽轴比波束方形圆极化微带天线。

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