一種寬帶雙圓極化微帶天線

1序言

隨著無(wú)線通信、測(cè)控、電子偵察等的發(fā)展，圓極化的以良好的傳播特性（如抑制雨霧干擾），獲得了廣泛的應(yīng)用，多種多樣的圓極化天線相繼問(wèn)世。衛(wèi)星測(cè)控系統(tǒng)中常用的圓極化天線主要有螺旋天線和微帶天線兩種基本天線形式。

圓極化螺旋天線技術(shù)成熟應(yīng)用廣泛，通過(guò)選擇適當(dāng)?shù)奈锢沓叽缈梢孕纬刹煌妮椛?a class="contentlabel" href="http://www.ex-cimer.com/news/listbylabel/label/方向圖">方向圖來(lái)滿足不同空間應(yīng)用需要。但螺旋天線幾何尺寸要比微帶天線大很多，螺旋天線的高度一定程度上制約了他在星載測(cè)控領(lǐng)域的應(yīng)用。微帶天線是近幾年來(lái)逐漸發(fā)展起來(lái)的一種新型天線，其重量輕、剖面低、并易于和安裝載體共形。為了讓微帶天線具有寬頻帶特性，在微帶天線設(shè)計(jì)中相繼采用了許多新的設(shè)計(jì)方法，如縫隙耦合饋電技術(shù)、采用探針耦合饋電技術(shù)、采用多層輻射元技術(shù)等。

雖然采用寄生單元、層疊輻射單元等方法可以使微帶天線具有較寬的頻帶特性，但這種形式的微帶天線存在尺寸過(guò)大、容易激勵(lì)起高次模導(dǎo)致極化不純、結(jié)構(gòu)復(fù)雜導(dǎo)致可靠性不高等缺點(diǎn)?？p隙耦合饋電微帶貼片天線、探針耦合饋電微帶貼片即可以實(shí)現(xiàn)低剖面結(jié)構(gòu)，又可以拓寬微帶天線的工作頻帶，既可以采用單縫(探針)饋電實(shí)現(xiàn)單極化，也可以采用雙縫(探針)實(shí)現(xiàn)雙極化。同時(shí)多縫(探針)饋電技術(shù)可以使輻射元上的電流分布更加均勻，可以使天線方向圖更加對(duì)稱(chēng)從而可以提高天線的輻射效率，增加增益。本文介紹的就是一種用于S波段的兩點(diǎn)探針饋電的寬帶、雙圓極化空氣微帶天線。

2設(shè)計(jì)分析

微帶天線主要有兩種基本的饋電方法:單饋點(diǎn)法和多饋點(diǎn)法。單饋點(diǎn)的圓極化法一般都是窄頻帶單極化的，本文介紹的雙點(diǎn)探針饋電的空氣微帶天線具有很好寬帶特性，微帶天線單元采用圓形貼片結(jié)構(gòu)，兩個(gè)饋電點(diǎn)的相位差90度，兩個(gè)饋電探針與90度電橋連接，90度電橋的設(shè)計(jì)為多節(jié)的，從而實(shí)現(xiàn)寬帶的特性。天線的設(shè)計(jì)過(guò)程中采用了HFSS和ADS等電磁場(chǎng)仿真輔助設(shè)計(jì)軟件。

2.1兩點(diǎn)探針饋電的圓極化微帶天線

兩點(diǎn)饋電的寬帶雙圓極化微帶天線如圖1所示，包括天線罩的外型尺寸直徑小于10cm，高度小于3cm。輻射單元采用圓型輻射貼片，采用帶有激勵(lì)圓盤(pán)的饋電棒進(jìn)行激勵(lì)，兩饋電點(diǎn)的激勵(lì)相位差為90度，改變激勵(lì)相位可以實(shí)現(xiàn)不同形式的圓極化。相對(duì)于直接連接饋電的貼片天線，采用帶有激勵(lì)圓盤(pán)的饋電棒耦合激勵(lì)的方法可以在較寬的頻帶范圍內(nèi)使天線具有良好的阻抗匹配。

輻射貼片的半徑R決定于中心頻率f0，通過(guò)優(yōu)化探針激勵(lì)圓盤(pán)的半徑r及空氣微帶天線單元的厚度S1等其它相關(guān)參數(shù)可以在寬的頻帶內(nèi)實(shí)現(xiàn)所需要的天線輻射特性。通過(guò)優(yōu)化探針激勵(lì)圓盤(pán)與金屬貼片間距S2及饋電點(diǎn)的位置d等參數(shù)可以調(diào)節(jié)天線的阻抗匹配特性。

圖1兩點(diǎn)饋電的寬帶圓極化微帶天線

2.2寬帶饋電網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)

為了實(shí)現(xiàn)雙圓極化、收發(fā)共用一個(gè)天線，采用印刷式3dB電橋的方法可以實(shí)現(xiàn)并且根據(jù)需要能和天線集成設(shè)計(jì)，能確保天線具有小型化的結(jié)構(gòu)和輕重量。單節(jié)的3dB電橋帶寬較窄，利用多枝節(jié)的方案可以拓展帶寬，同時(shí)整個(gè)饋電網(wǎng)絡(luò)的損耗也是制約天線增益的主要因素之一。因此，如何在工作的寬頻帶內(nèi)設(shè)計(jì)等幅和期望的相位輸出的平面印刷式、低損耗饋電網(wǎng)絡(luò)是該天線設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵內(nèi)容之一。