一种新型双频双圆极化微带天线讲解VIP免费

·1·一种新型双频双圆极化微带天线曹宜森1,2卢春兰1彭川1（解放军理工大学通信工程学院，南京210007）1（解放军93975部队）2摘要：本文给出了一种新型双频反向圆极化微带天线的设计。该天线采用贴片层叠结构和单点馈电。仿真和测试结果表明，该天线在工作频段内具有良好的输入特性和辐射特性，并且具有较好的广角圆极化性能。关键词：双频，双圆极化，单点馈电ANovelDual-BandAndDualCircularPolarizationMicrostripAntennaCaoYisen1，2LuChunLan1PengChuan1（ICE，PLAUSTNanjing210007，China）1；（No.93975unitofPLA）2Abstract:Thispaperpresentsanoveldesignofadualfrequenciesanddualcircularpolarizationmicrostripantenna.Multi-layerstructureandsinglefeedareemployed.SimulatedcomputedbyAnsoftHFSS10.0andmeasuredresultsindicatedthattheantennahasagoodperformanceofreturnlosses,radiationpatternandwide-rangecircularpolarization.Keywords:DualFrequencies;DualCircularPolarization;singlefeed1引言近年来，微带天线由于具有尺寸小，成本低，易实现圆极化等优点在卫星通信系统中得到了广泛的应用。在卫星通信系统中，一般要求天线能实现双频工作，并具有良好的圆极化性能。目前，已研制出多种天线形式，在实现双频工作的同时，保证具有良好的圆极化性能，特别是应用于GPS手持终端的天线，已经有了很多的研究。但是，在实现天线双频反向圆极化的性能中，大部分天线采用双点馈电，并且用功分移相器来实现天线的双频反向圆极化性能，如文献[1]~[4]，这种设计方式无疑增加了天线的复杂程度，提高了天线的制作成本。而单点馈电圆极化微带天线无需功分器、移相器等正交馈电网络，用作相控阵天线单元时，其复杂的馈电网格可以得到有效简化，虽然现在对于单馈点的双频同向圆极化的微带天线有一些研究，但对于单馈点双频反向圆极化的微带天线却很少见到相关的文献。本文基于上述背景，提出了一种采用单点馈电实现双频反向圆极化的双频微带天线形式，利用层叠贴片来实现双频工作，上层贴片采用探针直接馈电，下层贴片通过电磁耦合馈电，利用在贴片上开槽来实现天线的圆极化。整个天线结构简单，易于加工制作，仿真和测量结果表明，该天线完全能应用于卫星通信手持终端。2天线设计天线的结构如图1所示。该天线由工作在两个频段的方形微带贴片层叠起来,形成双频圆极化天线。物理尺寸较小的微带贴片放在上层，物理尺寸较大的微带天线放在下层。探针通过下层贴片上的钻孔连接到上层贴片上，下层贴片是上层贴片的寄生单元，通过上层贴片电磁耦合馈电。上层贴片辐射较高频率，下层贴片辐射较低频率，上层的贴片·2·辐射时，下层贴片作为它的接地面；下层贴片辐射时，上层贴片作为电感性耦合元件，天线的等效原理图如图2所示，f1、f2分别为两个贴片的谐振频率。天线上下介质均采用介电常数3.5，损耗角正切tan0.001的F4B-2材料，上层介质和下层介质的厚度分别为h1，h2。图1天线结构图单点馈电的圆极化微带天线利用简并分离元微扰技术,在普通圆形微带天线的基础上,加入微扰,形成简并分离，适当调节微扰量,使天线产生两个正交极化波的简并模,其中一个模电压的相位比另一个模的模电压超前90°，这样在远场区就形成了圆极化。本文采用在方形贴片上开槽的方式来实现圆极化辐射，其中，在下层贴片上沿x轴方向开槽，如图1（a）所示，以实现在低频工作时的右旋圆极化辐射；在上层贴片上沿y轴方向开槽，如图1（b）所示，以实现天线在高频工作时左旋圆极化辐射。天线采用50Ω的铜轴线来馈电，馈电点位置在正方形贴片的对角线上。图2天线等效原理图由于天线的参数比较多，在确定初步设计时，可以利用文献[5]中对于单片方形圆极化贴片天线设计公式计算天线各参数的初步值，得到初步值之后，采用基于有限元法的商业软件AnsoftHFSS10.0对该设计进行仿真，得到了一些有用的仿真结果。通过大量的仿真发现，天线在低频端的谐振频率主要取决于L1，在高频端的谐振频率取决于参数L2，天线的驻波比随L1，L2的变化关系如图3，图4所示。图3天线驻波比随L1变化曲线图4天线驻波比随L2变化曲线天线在低频端...