趙麗蓉 王洪濤

（1.吉林師范大學(xué)博達(dá)學(xué)院 吉林省四平市 136000 2.北京愛科迪通信技術(shù)股份有限公司 北京市 100070）

1 引言

天線是接受信號和發(fā)射信號的重要部件，改善其性能，對于雷達(dá)、無線通信系統(tǒng)、電子對抗等方面有著重要的意義[1]。很久以來，微帶天線因為其特有的特性如：體積比較小，成本低廉，饋電方式靈活多樣，易于與有源器件集成一體等優(yōu)點(diǎn)[2]，而具有廣泛的應(yīng)用前景。微帶天線單元的增益通常約為6dB[3-4]，因此常用微帶單元組成陣列天線，以得到更大的增益。圓極化微帶天線又以其特有的特性，在通信系統(tǒng)中有著廣泛的應(yīng)用[5]。

本次設(shè)計了一種新的微帶圓極化天線，其單元的位置可以適當(dāng)?shù)淖杂勺兓瑢τ跇O化匹配更加容易。通過電磁仿真，該天線的S參數(shù)、軸比等特性指標(biāo)滿足設(shè)計需求，且該天線有易加工，尺寸小，安裝方便等優(yōu)點(diǎn)。將在通信技術(shù)領(lǐng)域具有一席之地。

2 天線設(shè)計及仿真結(jié)果

2.1 微帶功分器的設(shè)計

組成混合左右手傳輸線的方式有兩種，一種是分布式元件構(gòu)成的，一種是集總式元件構(gòu)成的[6]。在本文選擇了分布式元件的方式即串聯(lián)交指電容和并聯(lián)短路電感組成。傳統(tǒng)的串聯(lián)型功分器需要用一個波長來使得輸出端口的相位保持一致，而本次設(shè)計的功分器僅需要四分之一的波長就可以達(dá)到讓輸出端口的相位保持一致，大大減少了尺寸。

本次使用的介質(zhì)板的介電常數(shù)和厚度分別為2.65 和1 毫米。其單元結(jié)構(gòu)如圖1所示，利用阻抗變換使其與結(jié)構(gòu)進(jìn)行匹配。由圖2可知，該功分器有四個輸出端口分別是輸出端口1、輸出端口2、輸出端口3、輸出端口4。而每個輸出端口的幅度基本相等，相位保持一致，各端口的隔離度也滿足要求。輸入端口通過微帶線比較容易匹配到50 歐母。通過軟件進(jìn)行仿真設(shè)計，設(shè)計結(jié)果基本與理論分析相近。其仿真結(jié)果如圖3所示，頻率從5.6GHz 到6GHz 在四個端口上其幅度和相位基本保持一致，各端口相位差小于10 度，幅度差小于0.8dB，仿真結(jié)果與預(yù)期基本一致，該功分器在天線饋電網(wǎng)絡(luò)中有很好的應(yīng)用。

圖2：1:4 功分器

圖3：功分器仿真結(jié)果

2.2 圓極化天線的設(shè)計

如圖4所示，圓極化天線僅有一個饋電點(diǎn)，四個微帶貼片在位置上旋轉(zhuǎn)90 度，其單元之間的相位差90 度，可以是0 度，90 度，0 度，90 度，也可以是0 度，90 度，180 度，270 度[7-8]。在本次設(shè)計中我選擇第二種。通過對四個單元位置的旋轉(zhuǎn)以及相位的調(diào)整，我們就能夠得到左旋或者右旋圓極化天線。

圖4：圓極化陣列天線

通過電磁仿真軟件如HFSS 進(jìn)行仿真，我們得到天線的一些特性指標(biāo)，其S 參數(shù)，軸比AR，以及輻射的圖分別是圖5，圖6，圖7。

圖5：S 參數(shù)

圖6：軸比AR

圖7：輻射方向圖

頻率在5.6GHz-6.1GHz 之間S 參數(shù)均滿足條件，即阻抗匹配很好，在中心頻率5.8GHz 時軸比為1.3dB，滿足圓極化天線要求。

3 結(jié)論

本次設(shè)計的單饋電點(diǎn)的2×2 圓極化天線，主要是結(jié)合了混合左右手材料設(shè)計的饋電網(wǎng)絡(luò)，使得陣列天線的尺寸大幅度減小。其該天線的阻抗帶寬(駐波比小于2）超過400MHz，軸比帶寬（軸比小于3）大約為50MHz，增益大約為10dB。