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1. 研究目的与意义及国内外研究现状

随着无线通信技术的迅速发展，天线充当着打开无线通信大门的钥匙的角色，它能够将电路传输的导行波通过天线转换成空间电磁波辐射出去，而且也可以将空间电磁波接收进来转换成电路传输的导行波，从而实现信号的传递。 在无线通信系统中，由于通信地面站天线波束较宽，受地物、地貌和海况等诸多因素的影响，使接收机收到经折射、反射和直射等几条路径到达的电磁波，这些不同路径到达的电磁波射线相位不一致且具有时变性，导致接收信号呈衰落状态，即为多径衰落问题，为了解决这一问题，我们可以充分利用传输中多径信号的能量来改善传输中的可靠性，即为分集技术，而在分集技术中较为重要的就是极化分集，即在收端和发端的双方天线上安装水平与垂直极化天线，就可以把得到的两路衰落特性不相关的信号进行极化分集，使天线结构更为紧凑，节省空间； 同时，由于常规无线通信的射频信号大多为连续信号或其持续时间远大于多径传播时间，限制了通信质量和数据传输速率。而宽带无线电发射的是持续时间极短的脉冲且占空比极低，多径分量在时间上是可分离的。这样宽带系统在接收端可以实现多径信号的分集接收，可以充分利用分离出来的多径分量提高超宽带无线电解调输出的信噪比，降低由于多径干扰造成的性能损失。因此宽带天线多径分辨能力很强.也具有比较强的时间分辨能力，有利于多径环境下通信和精确定位方面的应用。 综上所述，若能将宽带天线和双极化天线集成到一个天线单元上来，做成宽带双极化天线，则不仅能够缩减天线的占空体积，而且还具有带宽宽、传输速率快、信道容量大等诸多优势，势必成为未来天线发展的趋势。

国内外研究现状

早期对于双极化天线的研究是结合水平极化和垂直极化进行的，单极子天线通过一端用同轴馈电形成垂直极化，另一端用微带线馈电到平面贴片形成水平极化，从而形成双极化。20 世纪 90 年代初，Y.H. Huang、杨杰等人提出左旋圆极化和右旋圆极化相结合的双圆极化天线的设计。随着低剖面微带天线的发展，人们相继提出45双极化天线的实现形式。1995 年 Y. M. M 等采用两个极化端口都由探针馈电的形式，设计了C波段探针馈电双极化微带天线，通过探针正交馈电实现双极化，其隔离度为-23d B 左右，交叉极化比低于-25d B，为提高天线的端口隔离度，C.L. Mak在2000年提出了L型探针耦合馈电，利用探针与贴片之间的耦合电容抵消了探针引入的电感。

20世纪90年代以前应用在高频段内的宽带天线在设计上仍较多地沿用早期的结构，这些天线通常为三维结构。目前在大多数的实际应用当中，尤其在需要小型化天线的应用场合，天线采用平面结构在尺寸以及系统整合上都比三维结构更具优势。90年代以来，随着无线通信技术的日益发展，应用在1-10GHz频段内的超宽带天线结构有向平面化、小型化发展的趋势。平面化的宽带天线可由传统上的三维宽带天线演变而来。1992年，Honda等人提出的一种圆盘单极天线就是球形单极天线的变形，可获得8 : 1以上的阻抗带宽。此后为获取较大的阻抗带宽，研究人员相继提出了包括椭圆形、环形、半圆形、方形和五边形等多种变形在内的平板型单极天线(见图1.16)，极大地丰富了宽带单极天线的种类。单极宽带天线通常可获得10 : 1以上的极大阻抗带宽，同时在辐射单元所在的半空间内具有近似于全向的辐射场型，但由于天线的接地平面辐射单元相垂直，这类天线仍然不是真正意义上的平面天线，在实际应用中存在一定的局限性。为进一步拓展天线应用范围，同时获取具有全空间辐射场形的平面天线结构，将三维平板单极天线以接地平面做镜像即可得到平面偶极天线，例如蝴蝶结形天线以Thomas等提出的圆盘偶极天线都是在原有的锥形天线和球 状天线基础上的变形结构。但在实际的高频应用当中，这类偶极天线结构会带来新的问题：天线带宽下降，并且馈电变得非常不便，难以同传统传输线如同轴线或微带线相连.此时天线辐射特性也对馈电非常敏感。要让这类平面天线能真正用于实际系统，仍需做更多的研究：从天线性能发展角度看，在于如何克服现有天线结构在性能上的弱点；而从应用角度来看，在于如何为实际系统量身定做符合要求的天线结构。因此，宽带天线目前的主要设计难点集中在同时满足小型化、宽带、优良的时域特性以及系统性能优良等特点。

2. 研究的基本内容

本论文主要研究了无线通信系统中天线的双极化技术和天线宽带的展宽技术。论文整体结构如下：

第一章：分别对双极化天线、宽带天线的国内外研究现状进行了相关介绍；

第二章：介绍了天线的几个基本参数，并讨论了天线带宽的几种展宽方法和天线极化的几种方式；

3. 实施方案、进度安排及预期效果

第一步，查阅相关书籍资料，了解天线的基本结构、性能参数等基础知识；

第二步，熟悉hfss软件的使用，并对几种典型天线结构进行仿真设计；

第三步，结合所学知识，着手设计宽带双极化天线，并在hfss软件上进行仿真，观察天线的性能情况；

4. 参考文献

[1] 程娇．双极化天线的研究与设计[d]．山西：山西大学，2015．

[2] 向东红．新型双频段超宽带双极化天线的研究与设计[d]．四川：电子科技大学，2016．

[3] 王俊．双极化宽带天线及移相器的研究与设计[d]．江苏：江苏师范大学，2017．