一種S波段寬帶雙圓極化天線設計

陳　明，李　磊，馮文文（中國電子科技集團公司第三十八研究所,合肥　230088）

一種S波段寬帶雙圓極化天線設計

陳明，李磊，馮文文
（中國電子科技集團公司第三十八研究所,合肥230088）

摘要：本文設計了一種新型寬帶高增益雙圓極化天線，該天線采用圓形罩杯和多個金屬圓盤貼片相結合的層疊結構。通過改變圓形罩杯和金屬圓盤貼片直徑的大小來調(diào)節(jié)天線單元的增益以及天線的阻抗帶寬，得到了良好的效果。天線通過四點正交饋電方法實現(xiàn)圓極化輻射。饋電網(wǎng)絡采用具有低損耗特性空氣板線形式的90o電橋和180o環(huán)形電橋組成。通過激勵90o電橋兩個輸入端口實現(xiàn)天線左右旋圓極化變換。采用商業(yè)仿真軟件HFSS對天線結構尺寸進行優(yōu)化設計，仿真結果表明該天線具有結構形式簡單、增益高、帶寬寬、軸比性能好等優(yōu)點。該天線適合用于一些小角度掃描的相控陣天線系統(tǒng)。

關鍵詞：圓極化；寬帶；高增益；軸比

1　引言

本文設計了一種通過四點正交饋電的高增益罩杯天線，該天線采用圓形罩杯和金屬圓盤貼片相結合。通過多個圓盤貼片諧振在不同的頻點來展寬天線的阻抗帶寬，同時利用不同尺寸的反射罩杯來改變天線單元增益。天線的饋電網(wǎng)絡由一個90o電橋和兩個180o環(huán)形電橋組成。通過HFSS對天線單元結構尺寸進行優(yōu)化分析，結果表明天線的S11在工作帶寬（2Ghz-2.3Ghz）范圍內(nèi)小于15dB。天線方向圖法向軸比在±13o范圍內(nèi)小于1.5dB，增益大于14dB。這種結構的圓極化天線在一些小角度掃描相控陣天線系統(tǒng)具有廣泛的應用前景。

2　圓極化輻射單元設計

天線結構形式如圖1所示分為2個部分。上層為罩杯天線，下層為天線的饋電網(wǎng)絡。罩杯天線為4層結構，上3層為輻射金屬圓盤，最下層為金屬反射罩杯。輻射金屬圓盤通過一個金屬圓柱支撐桿串連起來。罩杯天線的4個饋電點位于最下層的金屬圓盤貼片。為了實現(xiàn)罩杯天線輻射場的左右旋圓極化可變，天線的饋電網(wǎng)絡采用具有低損耗特性空氣板線形式的90o電橋和180o環(huán)形電橋組成如圖2所示。通過激勵90o電橋不同輸入端口實現(xiàn)輸出端口相位0o、90o、180o、270o和270o、180o、90o、0o變化。

通過HFSS對天線單元優(yōu)化仿真。優(yōu)化后的模型如圖1所示。天線結構參數(shù)如表1所示。圖2分別給出了天線單元輸入端口的S11參數(shù)、遠場方向圖、軸比特性的仿真結果?？梢钥闯稣直炀€輸入端口S11在整個工作帶寬（2Ghz-2.3Ghz）范圍內(nèi)小于-16dB，兩個輸入端口之間的隔離度小于-12dB。軸比在±13o范圍內(nèi)小于1.2dB。

圖1　天線單元及饋線仿真模型

表1　罩杯天線結構尺寸

Setup1 : Sweep Freq='2.25GHz' Phi='0deg' dB(GainTotal) Setup1 : Sweep Freq='2.25GHz' Phi='90deg

圖2　罩杯天線端口駐波圖、方向圖、軸比圖

3　結論

本文設計了一種可用于小角度掃描的寬帶高增益雙圓極化天線。該天線采用四點饋電，饋電網(wǎng)絡采用具有低損耗特性空氣板線形式的90o電橋和180o環(huán)形電橋組成。通過對天線單元的仿真，結果表明該天線在工作帶寬（2Ghz-2.3Ghz）范圍內(nèi)天線S11小于-15dB、增益大于14dB、軸比在±13o范圍內(nèi)小于1.5dB。該天線可廣泛應用于小角度掃描的相控陣天線系統(tǒng)。

參考文獻：

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作者簡介：陳明（1983—），男，安徽霍邱人，博士學位，工程師，微波陣列天線技術研究。