圓極化微帶陣列天線的設計

天線系統作為無線通信系統中的一個關鍵的部分，其特性的好壞直接影響著整個通信系統的工作性能。無論是在軍事國防還是民用通信領域，對于天線單元及陣列的阻抗帶寬、方向圖、極化和增益特性都提出了更高的要求。在實際應用中，往往要求天線具有高增益、高功率、低旁瓣、波束掃描或波束控制等特性，采用某種形式的陣列天線則較容易獲得這些特性，因此，陣列技術在實際中獲得了廣泛的應用。

1 微帶天線的設計
本文設計的微帶陣列天線的主要指標是：工作頻率在2．4～2．5 GHz；天線極化方式為圓極化；天線增益>10 dBi；駐波1．5；方向圖E面波瓣寬度和面波瓣寬度>25°；尺寸約為400 mm×400 mm。
1．1 微帶天線單元
天線單元采用雙饋電點的正方形貼片的微帶結構實現圓極化特性。同時，通過介質層(相對介電常數2．65)的厚度，可以實現天線單元工作帶寬的展寬。
利用HFSS軟件，獲得天線單元的最終結構尺寸，其仿真模型，如圖1所示。介質層高度為4／mm，輻射貼片邊長35．25 mm，可根據正方形經典天線的設計公式L=0．5 λg-2△l得到。

1．2 天線單元饋電網絡設計
根據天線雙饋電點的特性設計天線的匹配網絡。圓極化方式采用雙饋電點，兩個饋電端口所輻射的TM01模和TM10模，在貼片輻射方向形成來年各個正交分量，相差π／2，選擇適當的激勵頻率，可以使兩個模式同時被激勵，從而得到一個圓極化輻射場，所以饋電網絡采用Wilk-inson功分器，移相器采用普通微帶傳輸線。利用微帶傳輸線移相的特性，使功分器終端得到兩個等幅，相位相差π／2的電場。

天線單元加饋電后行進了仿真得出了單元天線在工作帶寬內的端口反射系數和阻抗特性，分別得到如圖3和圖4的結果。圖3可以看出加饋電后天線端口的反射系數在工作頻段內均-30 dB，對應駐波≤1．06。圖4可以看出加饋電后天線在中心頻率上的輸入阻抗為49．4-j0．35 Ω。

1．3 陣列天線的設計和仿真結果
前面已經得到設計單元天線的特性，本文采用4個單元天線組成陣列天線，并在HFSS中建模，如圖5所示，并且對該天線的電特性進行仿真分析。