一種寬軸比帶寬L頻段圓極化貼片天線

摘要：圓極化全向天線由于其自身的性能特點，在現(xiàn)代無線應(yīng)用中越來越受到廣泛的關(guān)注。提出一種寬軸比帶寬的L頻段圓極化微波貼片天線，該天線有上下兩個介質(zhì)層，下層微帶饋線耦合饋電，接地面蝕刻十字交叉縫隙以幫助實現(xiàn)圓極化和改善上層貼片的耦合度。設(shè)計結(jié)果顯示，該天線3 dB軸比帶寬可以達(dá)到3．5％(1．023～1．060 GHz)，在有效帶寬內(nèi)天線增益高于5．68 dBi，在中心頻率點(1．04 GHz)天線的前后瓣比高于20 dB。
關(guān)鍵詞：圓極化：微帶天線：全向天線：軸比

0 引言
隨著科學(xué)技術(shù)和社會的不斷發(fā)展，對天線的性能要求也越來越高，在現(xiàn)代的無線應(yīng)用系統(tǒng)，普通的線極化天線已很難滿足人們的需求，圓極化天線的應(yīng)用越來越廣泛，其主要的特點體現(xiàn)在以下幾個方面：
(1)圓極化天線可接收任意極化的來波，且其輻射波也可由任意極化天線收到；
(2)圓極化天線具有旋向正交性；
(3)極化波入射到對稱目標(biāo)時旋向逆轉(zhuǎn)，不同旋向的電磁波具有較大數(shù)值的極化隔離。
由于圓極化天線具有以上特點，因此，被廣泛使用在通信、雷達(dá)、電子偵察與電子干擾等各個方面。
圓極化微帶天線體積小、重量輕、剖面低，并且能與載體共形，除了在饋電點處要開出引線孔外，不破壞載體的機械結(jié)構(gòu)，這對于高速飛行器特別有利。
圓極化天線的基本電參數(shù)是最大增益方向上的軸比，軸比不大于3 dB的帶寬定義為天線的圓極化帶寬。軸比決定天線的極化效率，同時表征天線極化純度的交叉極化鑒別率也可由軸比得出。因此如何表現(xiàn)出好的軸比特性，是圓極化天線設(shè)計的難點。
本文提出一種L頻段圓極化貼片天線的設(shè)計方案，仿真結(jié)果表明，該天線的軸比特性優(yōu)異，顯示了天線具有良好的性能。

1 設(shè)計方案
1．1 設(shè)計思想
為了改善輻射圓極化的性能，一般采用兩點式饋電方式，兩個饋電點在空間上呈90°角，使用相位差90°的同幅信號饋電?？墒沁@種饋電方式所需的功分電路占用了額外空間，增加了插入損耗，從而降低了天線性能。采用單點饋電方式可以避免兩點饋電形式帶來的復(fù)雜電路要求和額外的插損。
本文提出一種單點饋電天線形式，該天線包含一個方形貼片，采用與貼片對角線平行的一條斜線饋電。在天線接地面上蝕刻十字交叉縫隙，通過調(diào)整兩縫隙的長度及長度差，可以使方形貼片出現(xiàn)兩個鄰近的正交模式頻率，并且兩頻率的中心頻點上兩種模式相位差為90°，這樣就能在中心頻率點上激勵圓極化場分布。
加縫隙可以實現(xiàn)圓極化、改善天線的耦合度和帶寬，但縫隙的雙向輻射同時也會增加反向散射，因此設(shè)計天線時縫隙的大小相當(dāng)關(guān)鍵。為了進(jìn)行阻抗匹配，縫隙就不能太??；而由于縫隙在接地面上會產(chǎn)生反向輻射，為了減少反向輻射，縫隙又不能太大。
1．2 設(shè)計參數(shù)
復(fù)合開槽貼片天線構(gòu)造如圖1和圖2所示。該天線包含兩個介質(zhì)基層，上層稱為天線層，下層稱為饋電層，兩層之間以空氣分割。兩個介質(zhì)層的介電系數(shù)分別為ε1=3．3，ε2=2．17，高度h1=1．6 mm，h2=2．4 mm，兩層中間的空氣隔層高度h3=2．6 mm。設(shè)計饋電層上面的微帶饋電線使特征阻抗為50 Ω，微帶線與貼片對角線平行，伸過貼片中心的長度Ls=16 mm。饋電層底面是中心蝕刻十字槽的金屬地，十字槽的長度Lx1=32．6 mm，Lx2=20 mm，槽寬2．5 mm。天線層含有金屬貼片，貼片的長度和寬度相同，即L=W=98 mm。