一種新型寬帶圓極化微帶天線的設(shè)計

微帶天線其基片厚度與波長相比一般很小，因而它實現(xiàn)了一維小型化。與普通微波天線相比，微帶天線剖面薄，體積小，重量輕，易共形，便于獲得圓極化，但是頻帶窄，性能受基片材料影響大。到目前為止，展寬微帶天線頻帶的途徑有以下幾種：

(1)降低等效諧振電路Q值，即增大基片厚度h，降低基片相對介電常數(shù)εr等；

(2)修改等效電路：附加寄生貼片、采用電磁耦合饋電等；

(3)附加阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)；

(4)其他途徑：如改變貼片形式、加變?nèi)莨?、利用行波陣或?qū)?shù)周期結(jié)構(gòu)。

上述(1)的方法比較容易實現(xiàn)，但是參數(shù)選擇超過一定范圍后會激起高次模，會使天線的方向圖惡化以及會增加天線的輻射損耗。(2)的方法則需要天線采用多層結(jié)構(gòu)，占用的空間較大。(3)、(4)的方法也在不同程度上使天線的結(jié)構(gòu)復(fù)雜化。在近期的一些文章中有新的展寬帶寬的方法，文獻[2]中采取在圓形貼片上開槽，并采用陣列的形式實現(xiàn)寬帶圓極化的特性；文獻[3-5]中采取縫隙耦合饋電，實現(xiàn)圓極化；文獻[6-8]中使用雙饋網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)寬帶，饋電網(wǎng)絡(luò)比較復(fù)雜；文獻[9]中利用容性探針近耦合饋電的基礎(chǔ)上，通過平衡饋電，實現(xiàn)寬帶寬角圓極化；文獻[10]中采用雙頻實現(xiàn)寬帶；文獻[11]則總結(jié)了寬頻帶天線的實現(xiàn)方法。這些方法都在一定程度上展寬了微帶天線的帶寬，但是結(jié)構(gòu)都比較復(fù)雜，對設(shè)計和加工都增加了一定的困難。所以，這里從結(jié)構(gòu)簡單的角度考慮，研究并設(shè)計一種新型單饋單片寬帶圓形微帶天線，其駐波比VSWR≤2阻抗帶寬達到12％，軸比帶寬為3％。該天線的缺點是軸比帶寬沒有得到很大的提高，在以后的設(shè)計中有待進一步研究改進。

1 寬帶圓極化天線的理論分析

本文實現(xiàn)寬帶的方法是使微帶天線工作于雙頻段。通過選擇恰當(dāng)?shù)酿侂婞c以及兩個切口之間的距離，能夠激勵起兩個工作于不同頻率的正交諧振模，因而形成兩個諧振電路，具有兩個諧振頻率。經(jīng)過微調(diào)使得兩個諧振頻率適當(dāng)接近，結(jié)果形成頻帶大大展寬的雙峰諧振電路。這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點是只用一個饋電就能同時匹配兩個不同諧振頻率下的輸入阻抗，從而達到簡化結(jié)構(gòu)的目的。實現(xiàn)圓極化的基本原理是：產(chǎn)生兩個空間上正交的線極化電場分量，并使二者振幅相等，相位相差90°，天線結(jié)構(gòu)正是以此為根據(jù)設(shè)計而成。天線結(jié)構(gòu)如圖1所示。



2 天線設(shè)計



圖4為兩個切角的角度間隔δ將影響兩個頻率的諧振點，通過反復(fù)的實驗仿真可得角度相差80°為最佳。圖5為饋電點的不同位置會產(chǎn)生不同的輸入阻抗，若要使該天線的帶寬變大，必須使輸入阻抗與天線的特性阻抗相匹配。圖6，圖7為天線的E面和H面的方向增益圖，從這兩個圖可以看出該天線為圓極化天線。圖8為天線的軸比圖，在8.33～8.59 GHz范圍內(nèi)為圓極化。


3 結(jié)  語

通過對寬帶圓形圓極化微帶天線的研究，在設(shè)計方法上做了一些總結(jié)和創(chuàng)新，如采用非對稱切角，饋電點的選擇，從而獲得較寬的帶寬，并實現(xiàn)圓極化。此研究對圓形圓極化微帶天線的設(shè)計極其有用，提供了一種切實可行的寬帶圓形圓極化微帶天線的設(shè)計方法。