L波段雙旋圓極化微帶天線的設(shè)計

趙 娜

西安航天天繪數(shù)據(jù)技術(shù)有限公司 陜西 西安 710100

1 引言

隨著無線通訊技術(shù)的迅速發(fā)展,天線已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。特別是微帶天線,因體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、饋電方式靈活、成本低、易與飛行器共行、易產(chǎn)生線極化波和圓極化波等優(yōu)點而倍受青睞。其概念是由G.A.Deschamps[1]提出,并在七十年代由J.Q.Howell[2-3]和R.E.Munson[4]研制而成。本文對正交饋電的圓極化天線陣元做了簡單的理論分析,通過Ansoft HFSS軟件對天線陣元進行仿真,得到了與實驗結(jié)果相吻合的結(jié)果。

2 設(shè)計原理

2.1 微帶天線陣元理論分析 微帶天線要獲得圓極化波的關(guān)鍵是激勵起兩個極化方向正交、幅度相等、相位相差90度的線極化波。本文的天線單元采用正交雙饋的矩形微帶天線。這種方式是采用兩個饋電點來激勵,由饋電網(wǎng)絡(luò)保證其振幅相等,相位差為90度來滿足圓極化條件。

2.2 天線陣列建模及仿真結(jié)果 為了實現(xiàn)左右旋圓極化同時具備較好軸比,必須確保兩組饋電網(wǎng)絡(luò)的輸入端口到各個貼片的長度相等(或相差整數(shù)波長)、相位一致。同時為了保證天線的口面效率,還必須確保中間貼片與兩側(cè)貼片的功率比為2:1。

采用雙饋微帶貼片天線作為輻射單元進行組陣,陣元間距選為150mm,通過兩組正交的饋電網(wǎng)絡(luò)和一個90度電橋,實現(xiàn)左右旋圓極化。圖2中功分網(wǎng)絡(luò)由6個一分三和2個一分二功分器組成,其功率采用非均勻分布,中間四個貼片的功率是其它的2倍。

為實現(xiàn)雙圓極化功能,采用雙饋正交饋電,天線的矩陣模型及仿真結(jié)果見圖2所示:

圖1 天線陣列模型

圖2 駐波和方向圖

由圖2可以看出,輻射單元兩個端口的駐波分別≤1.4和≤1.65；天線增益為17.6d B,仿真結(jié)果達到設(shè)計要求的15d B。

3 結(jié)語

本文通過對圓極化微帶天線及天線陣進行分析與設(shè)計,對天線的饋電方式進行了創(chuàng)新,改變傳統(tǒng)的單饋方式,采用正交網(wǎng)絡(luò)對天線饋電,設(shè)計出一種新型的雙旋圓極化天線,該天線性能滿足了客戶的需求,具有很好的實用性。