收發分頻雙線極化微帶天線的應用分析

摘要：給出了一種收發分頻雙線極化層疊型微帶貼片天線的設計方法，利用雙層貼片諧振于不同的頻率來實現雙頻，通過在貼片的相互垂直方向上饋電來實現雙線極化，從而在收發頻段上實現雙線極化。本設計采用HFSS電磁仿真軟件對該天線模型進行優化，獲得了在2．03GHz和2．28GHz的兩個諧振峰值，可在發射頻段和接收頻段分別達到8．2％和4％的阻抗帶寬。
關鍵詞：雙頻；雙線極化；層疊微帶天線

0 引言
近年來，隨著通信信息容量的不斷增大，天線的研究正朝著多極化、多頻段方向發展。雙極化天線能發射或接收兩個正交的電磁波，可在同一帶寬內發射兩種信號，因而有利于實現頻率復用和收發一體，可將通信容量提高一倍。方形微帶貼片天線以其良好的極化特性和微帶天線本身具有的結構小、重量輕、易與有源電路集成一體化等優點而成為研究的重點。微帶天線是在帶導體接地板的介質基片上貼加導體薄片構成，其輻射由微帶天線邊沿和地板之間的邊緣場產生。微帶天線具有重量輕，體積小，剖面低，易于共形和易于組陣等諸多優點，因而在衛星通信、導彈遙測、雷達等領域得到了廣泛應用。但是，微帶天線也有其自身的缺點，比如，由于微帶天線的諧振性，其頻帶較窄，因而限制了其進一步的應用和發展，為此，研究人員提出很多方法來拓寬微帶天線的帶寬，其中最具代表性的是附加寄生貼片和表面開槽的方
法。
本文設計了一種具有層疊結構的雙線極化方形微帶貼片天線，該方法用探針對下層貼片進行饋電，并通過耦合作用激勵上層寄生貼片，使微帶天線諧振于兩個諧振點，從而使天線可在兩個頻段上共達到12．2％的阻抗帶寬，同時，通過給相互垂直方向上的兩個端口正交饋電，還可以成功的實現雙線極化。

1 天線模型及參數設計
本文給出的天線模型如圖1所示。該模型采用正方形微帶貼片，因為正方形微帶貼片具有良好的極化輻射對稱性且易于加工制造。天線通過兩個端口的正交饋電來實現水平／垂直雙極化輻射。由圖1可見，該天線主要由金屬底板、方形輻射貼片和方形寄生輻射元組成，兩層輻射元均印制在邊長為60mm的方形Rogers RT／duroid 5880(介電常數2．2，損耗角正切0．0009)介質板上，下層介質板高2mm，上層介質板高3mm，兩層介質板之間用厚度為1mm的空氣層隔開。兩饋電點的位置均位于下層貼片的中心線上，其中port1位于x方向的中心線上，距離貼片中心距離為d1，port2位于y方向的中心線上，距離貼片中心距離為d2。

設上下層貼片的初始諧振頻率分別為2．07GHz和2．25GHz，則由式(1)可計算得到下層貼片的初始尺寸L1為48．9mm。