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          一種CPW饋電的寬帶圓極化縫隙天線

          作者: 時間:2017-06-03 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

          本文引用地址:http://www.ex-cimer.com/article/201706/347469.htm

          1 引言

          圓極化技術(shù)作為天線理論和應(yīng)用的一個重要分支,在通信及電子對抗等領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用。目前的圓極化天線主要以微帶天線為主,但微帶天線由于近似處理較多,所以設(shè)計的準(zhǔn)確性并不太好,另外微帶天線的頻帶也較窄,普通的單饋電圓極化微帶天線帶寬一般不足3%,同時介質(zhì)基片的離散性也會影響到諧振頻率的準(zhǔn)確性。共面波導(dǎo)(CPW)饋電的平面天線由于其輻射單元和饋電單元在同一平面內(nèi),易于和有源器件集成從而形成多種饋電方式,近年來受到了較多的關(guān)注,但是大部分圓極化寬帶天線是用,關(guān)于的圓極化平面天線的報道較少見。

          2 天線設(shè)計

          天線的結(jié)構(gòu)如圖1所示,在厚度為h,介電常數(shù)為ε,邊長為G的正方形介質(zhì)板上開了一個邊長為L的正方形縫隙,縫隙中引出兩個連接的橢圓形金屬片。該天線用50Ω的,CPW激勵長度為L3,寬度為Wf,伸出激勵帶條長度為L2,寬度為基板選用h=0.8mm,ε=4.6的介質(zhì)材料,邊長G=60mm,Wf=3.1mm,g=0.3mm。

          圖1 天線結(jié)構(gòu)圖

          采用軟件對橢圓金屬片的位置及尺寸進(jìn)行參數(shù)分析,優(yōu)化設(shè)計出該天線的最佳結(jié)構(gòu)尺寸。最終得出的結(jié)構(gòu)參數(shù)為L=40mm,L1=17.5 mm,L2=23mm,L3=5mm,兩個主半徑為10mm,比率0.25的橢圓金屬片相連接,置于正方形縫隙對角線的上部。

          3 仿真和實測結(jié)果

          圖2給出了該天線軸比的實測結(jié)果和仿真結(jié)果的比較。實測的3dB軸比頻帶為2.32-2.57GHz,相對帶寬達(dá)到了10.4%。圖3給出了天線S參數(shù)隨頻率變化的曲線,回波損耗-10dB的頻帶為2.38-2.76GHz,達(dá)到了15.5%,由此可見,天線具有很寬的阻抗和軸比帶寬。

          圖4給出了天線的增益仿真曲線。由圖可知,天線在1.5-3.0GHz之間,增益變化均1dB,具有很寬的1dB增益帶寬。而在3dB軸比帶寬內(nèi)(2.32-2.57GHz),天線的增益均處于2dB到3dB之間。

          圖2 天線的軸比實測結(jié)果和仿真結(jié)果

          圖3 天線的回波損耗仿真結(jié)果

          圖4 天線的增益仿真結(jié)果

          圖5(a)、(b)、圖6(a)、(b)和圖7(a)、(b)分別給出了在2.32GHz、2.45GHz和2.57GHz時,天線在x-z,y-z面的方向圖。

          (a) x-z plane

          (b) y-z plane

          圖5 天線在2.32GHz的方向圖

          (a) x-z plane

          (b) y-z plane

          圖6 天線在2.45GHz的方向圖

          (a)x-z plane

          (b) y-z plane

          圖7 天線在2.57GHz的方向圖

          本文所給出的圓極化天線輻射的是左旋圓極化波,要實現(xiàn)右旋圓極化,只需將橢圓金屬片放置于相反方向的對角線上方即可??梢?,該天線能夠方便的實現(xiàn)左、右旋圓極化。

          4 結(jié)論

          本文給出了一種由的設(shè)計方法。通過兩個連接的橢圓形貼片,激勵出一對相位差90º的正交簡并模,進(jìn)而實現(xiàn)圓極化特性。同時,只需將貼片置于矩形縫隙的另一對角上,即可方便的改變圓極化的旋向。該天線結(jié)構(gòu)簡單,測試結(jié)果表明具有10.4%的軸比帶寬,在該頻段內(nèi),天線的增益變化小于1dB,所以該天線具有良好的圓極化特性。



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