新型寬帶圓極化微帶天線設計方案

與普通微波天線相比，微帶天線剖面薄，體積小，重量輕，易共形，便于獲得圓極化，但是頻帶窄，性能受基片材料影響大。到目前為止，展寬微帶天線頻帶的途徑有以下幾種：

(1)降低等效諧振電路Q值，即增大基片厚度h，降低基片相對介電常數εr等；

(2)修改等效電路：附加寄生貼片、采用電磁耦合饋電等；

(3)附加阻抗匹配網絡；

(4)其他途徑：如改變貼片形式、加變容管、利用行波陣或對數周期結構。

上述(1)的方法比較容易實現，但是參數選擇超過一定范圍后會激起高次模，會使天線的方向圖惡化以及會增加天線的輻射損耗。(2)的方法則需要天線采用多層結構，占用的空間較大。(3)、(4)的方法也在不同程度上使天線的結構復雜化。在近期的一些文章中有新的展寬帶寬的方法，文獻[2]中采取在圓形貼片上開槽，并采用陣列的形式實現寬帶圓極化的特性；文獻[3-5]中采取縫隙耦合饋電，實現圓極化；文獻[6-8]中使用雙饋網絡實現寬帶，饋電網絡比較復雜；文獻[9]中利用容性探針近耦合饋電的基礎上，通過平衡饋電，實現寬帶寬角圓極化；文獻[10]中采用雙頻實現寬帶；文獻[11]則總結了寬頻帶天線的實現方法。這些方法都在一定程度上展寬了微帶天線的帶寬，但是結構都比較復雜，對設計和加工都增加了一定的困難。所以，這里從結構簡單的角度考慮，研究并設計一種新型單饋單片寬帶圓形微帶天線，其駐波比VSWR≤2阻抗帶寬達到12％，軸比帶寬為3％。該天線的缺點是軸比帶寬沒有得到很大的提高，在以后的設計中有待進一步研究改進。

1寬帶圓極化天線的理論分析

本文實現寬帶的方法是使微帶天線工作于雙頻段。通過選擇恰當的饋電點以及兩個切口之間的距離，能夠激勵起兩個工作于不同頻率的正交諧振模，因而形成兩個諧振電路，具有兩個諧振頻率。經過微調使得兩個諧振頻率適當接近，結果形成頻帶大大展寬的雙峰諧振電路。這種結構的優點是只用一個饋電就能同時匹配兩個不同諧振頻率下的輸入阻抗，從而達到簡化結構的目的。實現圓極化的基本原理是：產生兩個空間上正交的線極化電場分量，并使二者振幅相等，相位相差90°，天線結構正是以此為根據設計而成。天線結構如圖1所示。



2 天線設計



圖4為兩個切角的角度間隔δ將影響兩個頻率的諧振點，通過反復的實驗仿真可得角度相差80°為最佳。圖5為饋電點的不同位置會產生不同的輸入阻抗，若要使該天線的帶寬變大，必須使輸入阻抗與天線的特性阻抗相匹配。圖6，圖7為天線的E面和H面的方向增益圖，從這兩個圖可以看出該天線為圓極化天線。圖8為天線的軸比圖，在8.33～8.59 GHz范圍內為圓極化。


3結 語

通過對寬帶圓形圓極化微帶天線的研究，在設計方法上做了一些總結和創新，如采用非對稱切角，饋電點的選擇，從而獲得較寬的帶寬，并實現圓極化。此研究對圓形圓極化微帶天線的設計極其有用，提供了一種切實可行的寬帶圓形圓極化微帶天線的設計方法。