外文翻译--基于空间填充的宽带圆极化缝隙天线

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1、PDF外文：http:/ 中文 3400 字  出处： Microwave Theory and Techniques, IEEE Transactions on, 2005, 53(6): 1946-1950 附件 2：外文资料翻译译文  基于空间填充的宽带圆极化缝隙天线   作者： Hani A.Ghali,Member,IEEE,and Tarek A.Moselhy  摘要： 基于空间填充曲线的使用，宽带圆极化微带缝隙天线被提出。宽带性能在不增加整个天线尺寸的前提下通过合并几种不同的缩减规模的“空间填充缝隙天线的“岛型”合成物来实现。该技术提供了

2、对应广泛频率的不同的谐振槽长度。通过合并三种缩减规模的第二迭代复合摩尔缝隙天线可开发宽频带缝隙天线。这种天线具有的带宽（ VSWR < 2）为 87.6，约 4.5千兆赫，比起方形环缝隙天线高出因数 13.5，比起嵌套方形环缝隙天线高出因数 3。已开发出的缝隙天线最大增益为 5 dB，总面积为 3 * 3 cm2 。此外，通过在所提出的缝隙天线中引入 不对称特性（将所有平行缝隙结构中的一边和所有的内部缝隙替代成接地板）可实现圆极化。这种圆极化缝隙天线的 3-dB轴比带宽为 22%且 VSWR<2。所提出的缝隙天线通过使用 MMBFW（ moment-method-based ful

3、l-wave）电磁模拟器实现了设计和仿真设计。研制出的天线的测量值与仿真结果相吻合。   关键词 ：宽带天线，圆极化天线，不规则天线，缝隙天线，空间填充曲线。   一、  引言      宽带天线设计需解决高频高速数据速率的无线通信系统中面临的挑战性的问题。印刷天线可以方便地与单片微波集成电路集成 ，是一种成本低，低调高效的解决方案。在不同的印刷天线的拓扑结构中，缝隙天线被认为是最适用于宽带应用。 30 -63范围的阻抗带宽已有报道 1 - 6。      尽管微带馈电缝隙天线结构不被认为是宽带拓扑结构，

4、由于其可能同时用于宽波段处理和圆极化，目前受到很多的研究和关注。最近，据报告 7一个宽带微带馈电双向半圆缝隙天线具有 45.8的带宽。这种结构具有的带宽比一个普通的圆环缝隙天线的大 7.3倍。另一种已研制出的结构，应用了微带馈电多谐振单缝隙天线，能提供的带宽为约 60 8。      另一方面， 9中提出圆极化微带馈电方形环缝隙天线。其设计是在方形环缝隙结构中引入一个迂回缝隙以实现不对称，同时在此以 45放置馈线。该天线具有约 4.3的 3-dB轴比带宽。      近日，为了结构的小型化，“开放式结构”空间填充曲线被提出用于发展共面

5、波导（ CPW）馈电的不规则缝隙天线 10。为了这个目的，仅限在面积减小的情况下，由一个具有相同电气特性的空间填充曲线代替常规的缝隙。二次迭代谢尔宾斯基缝隙天线工作在约 2.4 GHz。它体现了一种面积被限制在 1.8* 1.8平方厘米（ 0.144 o*0.144 o）的紧凑 的设计，其带宽为 5，增益为 2.25 dB。另一方面，第一迭代的闵可夫斯基不规则缝隙天线的带宽为 35，增益为 5.4dB，并且面积被限制在 5*5平方厘米。      在本文中，“岛型”空间填充曲线被用于发展宽带和圆极化缝隙天线。不同于通常那些为了无源微波器件和天线小型化的空间填充曲线

6、的应用 11 - 13，我们所提出的宽频带天线的设计是基于“岛型”空间填充曲线的组合物。在原始面积相同的情况下，能实现在宽频率范围内提供不同的谐振缝隙长度。  已开发出的天线的拓扑结构是通过合并那些改良空间填充缝隙天线的降尺度 副本得到的。这种改良后的缝隙天线由两个正交的单片“岛型”空间填充结构的副本组成。虽然改良缝隙天线和最终的天线不是空间填充结构，但它们是基于空间填充曲线的。      由于所得到天线结构的多谐振属性，这样的结构所能达到的带宽取决于组成最终结构的降尺度副本的数目。      另一方面，在所提出的设计中空间

7、填充曲线的作用在于在其区域填充的高效，这使得在不增加天线整体尺寸的情况下能够使用多个降尺度副本来提供不同的谐振缝隙的长度（即，路径）。      把二次迭代摩尔空间填充曲线作为一个天线原始的拓扑结构可开发出具有87.6（ VSWR < 2）的带宽。该天线具有一个 3 * 3 cm2的总面积，用于在 2.6-6.5千兆赫的频率范围内进行处理。且具有 5分贝的最大增益。       最后，在该宽频带天线中引入不对称结构以实现圆极化性能。圆极化性能的实现需将所有平行结构中位于一边的垂直缝隙和所有的内部缝隙替代成接地板，同时将微带馈送线

8、沿对角线方向准确放置。所开发出的圆极化天线在所有的频率范围内具有 22的 3-dB轴比带宽（ VSWR < 2）。  二、论文中的天线设计   1、宽带缝隙天线       论文中天线的拓扑结构是基于微带馈电方形环缝隙的应用。如图 1（ a）所示，在第一个设计步骤中，用二次迭代“岛型”摩尔空间填充曲线代替方形环缝隙天线。缝隙总长度等于一个波长。此外，如图 1（ b）所示，添加另一个正交的二次迭代摩尔曲线到原来的曲线上。这种拓扑结构是对称的并具有对应于不同的频率的谐振缝隙长度。因此，它具有比单个二次迭代摩尔缝隙天线更宽的带宽。然而，从图 1

9、（ b）中可以看出，所得到的结构中在其中心仍有一个区域未被使用。在第二个设计步骤中，为了增加天线的带宽，将该结构的两个不同的降尺寸副本 如图 1（ c）和（ d） 插入到如图 1（ e）所示的可用区域内部，。最终所得天线的拓扑结构如图 1（ e）所示，有不同的谐振缝隙长度（即，路径）并可作为具有宽带性能的多谐振天线使用。最后使用一个微带馈线结构来同时激励所有的谐振缝隙。       用 MMBFW（ moment-method-based full-wave）电磁模拟器 IE3D分析所设计的缝隙天线。仿真环境中考虑了电介质和导体损耗，应用了波去嵌入技术的延伸。这样

10、的设置考虑了端口上真实的入射和反射波，从而确保散射参数的精确测定。       该天线在泰康利 RF-35基板上制 作 ( r = 3.5, h = 1.52mm)，在约 4.5 GHz工作。 50- 微带馈线印在基板背面上，具有 3.4毫米的宽度。由于结构的完全对称，馈线需放置在任何一边的中心，并且用一个匹配短截线来进行阻抗匹配。通过延伸 50- 微带馈线到该结构的边缘外来实现最佳匹配。       如图 1（ b），对称缝隙天线拓扑的外侧长度为 30mm，内侧长度为 20mm，缝隙宽度为 2mm。如图 1（ c），第一个降尺寸结构的外侧长度为 20mm，内侧长度为 10mm，缝隙宽度为 1.5mm。最后，如图 1（ d），第二个降尺寸结构边长为 10mm，缝隙宽度为 1mm。       为了进行比较，对具有相同面积的两个基本相似的结构进行仿真。第一个