一種雙饋正交極化天線陣的設計

為保證兩饋源之間的隔離以及輻射極化純度，與貼片共面的微帶線饋線在貼片輻射邊的中心饋電，采用兩級四分之一阻抗變換線進行阻抗匹配，而不是嵌入式饋電。而用于耦合另一極化饋電的縫隙則是置于貼片正中心位置。天線的中心頻率設計為8.64GHz，通過對影響天線單元性能的各個參數的計算和優化，得到一組最優的天線單元尺寸如下：輻射貼片的尺寸是8.9mm´7.2mm，接地板上的縫隙尺寸為1mm´5mm，微帶饋線阻抗為100W。天線單元的回波損耗的仿真結果如圖2所示，結果顯示，1端口和2端口回波損耗小于-10dB的帶寬分別為1.4%和2.2%。1端口和2端口之間的耦合小于-50dB，具有很高的隔離度。圖3為兩端口分別饋電時天線E面輻射方向圖，可以看出兩個正交極化情況下，天線的交叉極化分別為-29dB和-33dB。當貼片單元兩正交極化輻射的饋電相位差達到±p/2的時候，可以實現圓極化。圓極化時的軸比仿真結果如圖4所示，從圖中可以看出，軸比小于3dB的帶寬從8.2GHZ開始，遠遠大于阻抗帶寬。如果采取寬帶的多節阻抗匹配轉換線，天線單元則可以獲得較寬的阻抗帶寬，且阻抗帶寬內均有很好的軸比特性。

圖2單元天線的回波損耗

圖3天線單元E面方向性圖

圖4單元天線的軸比

34´4雙饋正交極化天線陣的設計

由于天線單元的兩饋電微帶線分別設計在不同層面，因此采用功分器進行并饋，很容易擴展為天線陣列。本文對4´4的正交極化天線陣進行設計，對給定極化的饋電，在主極化方向進行同幅同相饋電，而在交叉極化方向則采用對稱結構，進行同幅反相饋電，進一步抑制交叉極化，提高兩饋電端口的隔離度。天線結構如圖5所示。天線S參數的仿真結果如圖6所示，圖中顯示天線兩個饋電端口的回波損耗仿真值為別為2.3%和1.2%，端口1和端口2的隔離度大于40dB。圖7為兩端口分別饋電時得到的E面方向圖，可以看出兩正交極化情況下，天線的交叉極化分別為-26dB和-22dB。當兩端口饋電幅相相位滿足陣列圓極化條件時，得到軸比的仿真結果如圖8所示，顯示出小于3dB的軸比帶寬達到6%。

圖54x4天線陣列結構圖