基于缺陷地结构的耦合抑制及圆极化天线设计

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1、学校代码10699分类号TN82密级公开学号2014100082缟NORTHWESTERNPOLYTECHN【黟赭罗啜CALUN【娥VERS【曩TY+卜L●上~LL〓J位论文题目基于缺陷地结构的耦合抑制及圆极化天线设计作者魏昆电磁场与微波技术学科、专业李建漉教授,王伶教授指导教师2017年8月申请学位日期I西北工业大学博士学位论文（学位研究生）题目：基于缺陷地结构的耦合抑制及圆极化天线设计作者：魏昆学科专业：电磁场与微波技术指导教师：李建瀛教授，王伶教授2017年8月Title:DefectedGroundStructureforSuppr

2、essingMutualCouplingandAchievingAntennaCircularPolarizationByKunWeiUndertheSupervisionofProfessorJian-yingLi,LingWangADissertationSubmittedtoNorthwesternPolytechnicalUniversityInpartialfulfillmentoftherequirementForthedegreeofDoctorofElectromagneticandMicrowaveTechnologyXi

3、’anP.R.ChinaAugust2017摘要摘要天线单元间强耦合不仅影响天线单元性能，同时对天线阵列的性能也产生非常不利影响，具体表现在：导致天线单元辐射效率下降、增益降低、阻抗匹配效果恶化和辐射方向图产生畸变等；引起天线阵列中不同位置天线单元间一致性变差，不利于天线阵列模块化设计。因此，研究天线单元间耦合抑制对于天线阵列设计来说具有重要意义和实用价值。本文主要针对提高微带天线（阵列）性能问题，从带阻滤波耦合抑制方法和耦合场极化旋转耦合抑制方法两方面展开研究。研究和设计了几种不同类型缺陷地结构，通过在微带天线单元或天线阵列的金属接地板上

4、加载缺陷地结构，实现了（1）天线阵列中天线单元间耦合抑制；（2）改善耦合抑制天线阵列（指实现耦合抑制的天线阵列）中天线单元交叉极化性能；（3）新型圆极化微带天线设计。本论文主要研究内容和创新性研究成果如下：（1）研究缺陷地结构在天线单元间耦合抑制中应用。建立耦合抑制天线阵列物理模型，通过仿真和实验等手段分析缺陷地结构耦合抑制性能。分析金属接地板和辐射贴片表面电流分布变化情况，验证带阻滤波耦合抑制方法的工作原理。设计了U型和S型两种缺陷地结构并用于抑制天线单元间耦合。通过软件仿真，分析缺陷地结构物理尺寸变化对天线单元间耦合抑制性能影响。仿真和

5、实测结果均证实，采用带阻滤波耦合抑制方法，有效地抑制天线单元间耦合，提高天线单元辐射效率、增加方向图平坦度和改善方向图对称性。（2）缺陷地结构相较于其他类型带阻滤波结构的优点是：非周期性缺陷地结构同样具有某个频段内带阻滤波特性。为了实现小型化天线阵列中天线单元间耦合抑制，本文提出一种新型分形缺陷地结构。分析新型分形缺陷地结构参数，理解其带阻滤波特性的工作原理，给出新型分形缺陷地结构的详细设计步骤。在天线单元间金属接地板上加载2阶和3阶分形缺陷地结构均能有效减小天线单元接收来自其他天线单元辐射的电磁能量，实现天线单元间耦合抑制。（3）除了使用

6、带阻滤波方法抑制天线单元间耦合外，本文还研究耦合场极化旋转方法实现天线单元间耦合抑制。耦合场极化旋转耦合抑制方法的原理是将耦合场中耦合电场的极化方式扭转90°，从而减小天线单元间电磁能量接收和相互影响。通过在天线单元间添加具有耦合场极化旋转功能的缺陷地结构，成功抑制天线单元间耦合强。但是，耦合场极化旋转耦合抑制方法增加了天线单元交叉极化。针对这一问题，在耦合抑制天线阵列中添加半圆型缺陷地结构，用于提高天线单元交叉极化性能。（4）极化旋转缺陷地结构能增加天线单元交叉极化数值，在此原理基础上，提出一种加载缺陷地结构实现微带天线圆极化设计的新方法

7、。通过在微带天线贴片斜下方金属接地板上加载缺陷地结构，进一步增加微带天线交叉极化数值，保证线极化微带天线I西北工业大学博士学位论文的交叉极化电场强度和主极化电场强度相当。调节缺陷地结构尺寸参数，可激发方向正交、幅值相同且相位差90°的两个电场分量，满足圆极化辐射条件。在微带天线金属接地板上加载本文提出的2阶和3阶Y型分形缺陷地结构，成功实现微带天线圆极化设计。旋转Y型分形缺陷地结构，可实现微带天线右旋和左旋圆极化辐射相互转换。关键词：缺陷地结构，分形结构，耦合抑制，交叉极化，圆极化天线.IIAbstractAbstractThehighle

8、velofmutualcouplingintheantennaarraywilldegradetheantennaelementperformanceandthearrayper