HFSS毫米波相控阵圆极化LTCC天线单元研究

摘要微带天线因其馈电方式灵活、易于共形、成本低等优点深受人们喜爱。从 20 世纪 70年代中期开始，微带天线理论得到了快速而稳定的发展。圆极化是其中一个重要的分支。由于其特性，圆极化天线对减小信号的多径干扰具有明显的效果。本文使用 HFSS 软件，设计了一种基于 LTCC 技术的右旋圆极化微带贴片天线。贴片天线采用了双馈点的方式实现了圆极化。同时，为了实现单端口馈电，设计了一种高隔离度的 LTCC 威尔金森功分器。最后，为了实现两馈点 90°相位差，我们在功分器一输出端增加了一段微带线，使其与另一输出端保持90°的相位差。本文首先介绍了一些传统的微带天线及相关的理论基础，包括天线、微带贴片天线。同时，介绍并总结了LTCC 技术，馈电网络，馈电方式，圆极化天线以及相控阵等相关知识，并比较了传统功分器与威尔金森功分器的差别。最后，使用 HFSS电磁仿真软件设计出了一种基于 LTCC 技术的双馈圆极化贴片天线，相应的调试仿真结果被给出。30780
毕业论文关键词 LTCC 圆极化同轴馈电贴片天线
Title Study on Millimeter Wave Phased Array CircularPolarized LTCC Antenna Element
Abstract Microstrip antenna is very popular with people due to such unique advantages asflexible feed methods, easily being conformal and low cost. Since the mid-1970s,the microstrip antenna theory has obtained a rapid and stable development. Circularpolarization is one of the important branches. Circularly polarized antenna hasobvious effects on reducing the multipath interference of signals because of itscharacteristics.This paper designs a kind of right-handed circularly polarized microstrip patchantenna based on LTCC technology by using HFSS software. Patch antenna adopts themethod of double feed points to achieve circular polarization. At the same time,in order to realize single-port feeder, a kind of LTCC Wilkinson power piderwith high isolation is designed. Finally, in order to implement the phasedifference of 90° between two feed points, we have added a length of microstripline in one output terminal of the power pider to keep the phase difference of90° between it and another output terminal.This paper firstly introduces some traditional microstrip antennas and the relatedtheoretical basis, including antenna and microstrip patch antenna. In themeantime, the paper presents and summarizes the LTCC technology, feed network,feed method, circularly polarized antenna, phased array and other relatedknowledge, and compares the traditional power pider and the Wilkinson powerpider. Finally, by using HFSS electromagnetic simulation software, a kind ofdoubly-fed circularly polarized patch antenna based on LTCC technology is devised,and the corresponding debugging simulation results are given.
Keywords LTCC Circular polarization Coaxial feed Patch Antenna
目次
1引言1
1.1研究背景1
1.1.1圆极化天线1
1.1.2低温共烧陶瓷（LTCC）1
1.2发展趋势2
1.3论文结构安排3
2原理4
2.1天线4
2.1.1贴片天线简介4
2.1.2贴片天线馈电方式4
2.1.3相控阵天线5
2.1.4圆极化特性5
2.2LTCC技术简介9
2.3馈电网络9
2.3.1传统馈电网络设计9
2.3.2威尔金森功分器馈电网络设计10
3设计与仿真11
3.1天线单元设计12
3.2馈电网络16
3.3天线整体设计19
结论22
致谢23
参考文献24
1 引言1.1 研究背景1.1.1 圆极化天线当今社会，随着卫星通信、测控、遥感等各种技术的不断发展，非圆极化的天线已经不能达到雷达的应用以及在各种条件下跟踪测量高速目标等的所需要的标准。因此，圆极化天线的应用越来越广泛[1][2]。比如说，由于其可以接受或者干扰任意的线极化波的特性，圆极化天线在现代电子对抗中的使用相当普遍。将圆极化天线安装在飞行器或者移动设备中，可以确保我们能够在任何状态下进行通信。圆极化波也可以由任意极化的天线收到，任意极化的来波都可由圆极化天线收到。因为，每一个线极化波都可以分解为两个等振幅、反旋向的圆极化波。由于这一特性，圆极化波在电子侦察和干扰等应用被普遍采用。圆极化波的旋向具有正交性，并且圆极化波的反射波是反旋向的。因此雷达若是采用圆极化就可以抑制雨雾干扰。由于圆极化的各种优势，圆极化天线正广泛应用在通信，军事等领域。1.1.2 低温共烧陶瓷（LTCC）LTCC(即低温共烧陶瓷，Low-Temperature Co-fired Ceramic)非常适宜作为进行毫米波研究的介质材料。原因是其具有相对良好的高频高 rQ 、高热传导率、高耐温性、低介质损耗等特点。与此同时，低温共烧陶瓷还具有独特的多层立体结构。这一独特的结构也使得无源器件和天线的布局从平面的二文空间走向了立体的三文空间。从而创造了更加有利于实现毫米波无源器件和天线的集成化和小型化的加工条件  3。现今，社会各行各业对于毫米波产品的需求在不断增大。并且对这些毫米波产品的小型化、可靠性、低成本和批量生产性等要求也愈加严格  4。利用 LTCC 的独特的多层立体结构研制出的微波毫米波集成电路和天线，很大程度上降低了生产三文微波毫米波器件的成本。这将使得三文微波毫米波器件拥有更加广阔的市场应用前景  8 - 5 。为了提高毫米波器件的空间利用率，可以利用 LTCC 技术的多层化集成的特性对毫米波器件进行多层混合设计  9。 HFSS毫米波相控阵圆极化LTCC天线单元研究:http://www.youerw.com/tongxin/lunwen_26681.html