差分饋電園極貨艙微帶天線的設(shè)計

張一治 張曉波

（西安電子科技大學(xué)理學(xué)院，陜西 西安 710071）

差分饋電園極貨艙微帶天線的設(shè)計

張一治 張曉波

（西安電子科技大學(xué)理學(xué)院，陜西 西安 710071）

設(shè)計一種中心頻率在2GHz，帶寬為300MHz的圓極化微帶天線。在設(shè)計中采用雙層貼片來增大3-dB軸比帶寬，差分饋電的方式使天線的方向圖具有較好的對稱性。該設(shè)計的新型天線，阻抗帶寬可以達(dá)到39.5%。低交叉極化水平保持不變，使得天線的極化純度較高，并且3-dB軸比帶寬達(dá)到了中心頻率的15%。另外，在操作頻帶范圍內(nèi)，天線的增益是很穩(wěn)定的，大約是8.7dBi。

圓極化；差分饋電；天線

（一）使用HFSS軟件設(shè)計天線

HFSS采用的理論基礎(chǔ)是有限元方法，是一種基于微分方程的方法，其解是頻域的，由頻域解可得到時域解，擅長于設(shè)計各種輻射器以及求本征模問題。

微帶天線產(chǎn)生圓極化波的關(guān)鍵是產(chǎn)生幅度相等，相位相差90°的兩個線極化波，本模型采用雙饋電形成差分饋電的雙層貼片微帶天線來實現(xiàn)圓極化輻射。如圖1和2所示，兩個饋電點激勵產(chǎn)生兩個極化正交的簡并模，由饋電網(wǎng)絡(luò)保證兩模的振幅相等，相位相差90°，由此實現(xiàn)圓極化。在這里，180°的功率分配器形成差分饋電的方式，使單一的輸入信號變?yōu)閮蓚€相位相差180°的輸出信號，如圖3所示，由此得到的圓極化天線的方向圖具有較好的對稱性。

選定的初始參數(shù)為：

圖3 180°相移的功分器模型

圖4 差分饋電圓極化微帶天線模型

（二）仿真結(jié)果分析

用HFSS軟件對圖4所示的差分饋電圓極化微帶天線的模型進(jìn)行模擬仿真，分別得到其反射系數(shù) S，軸比 AR，增益、駐波比以及方向圖結(jié)果如下：

圖5 S參數(shù)曲線圖

圖6 AR參數(shù)曲線圖

圖1 圓極化微帶天線俯視圖

圖2 圓極化微帶天線結(jié)構(gòu)主視圖

圖7 增益曲線圖

圖8 VSWR曲線圖

圖9 Phi=0°左旋圓極化方向圖

圖10 Phi=0°右旋圓極化方向圖

綜合圖 5和圖 6的結(jié)果，天線的工作頻率范圍是1.86GHz-2.16GHz，帶寬為0.3GHz，滿足設(shè)計要求。由天線的模擬仿真結(jié)果可以看出，該差分饋電圓極化天線模型的圓極化輻射產(chǎn)生在 1.86GHz-2.16GHz頻率范圍內(nèi)。天線模型具有較寬的軸比帶寬 （300MHz），方向圖具有較好的對稱性。

（三）結(jié)束語

在當(dāng)今的通信系統(tǒng)中，對微帶天線的性能的要求越來越高，其窄帶寬的缺點使其在某些應(yīng)用方面受到了限制，因此，本文針對微帶天線帶寬較窄的缺點，進(jìn)行了帶寬展寬的天線設(shè)計。本文設(shè)計了一種中心頻率在2GHz，帶寬為300MHz的圓極化微帶天線。在設(shè)計中，差分饋電由一對金屬折疊板實現(xiàn)，這使得天線的方向圖對稱性較好，而由于雙層貼片的中心頻率不同，所以兩者的輻射頻率相互重疊，從而展寬了帶寬。仿真結(jié)果表明，本文設(shè)計的天線的模型在圓極化操作頻帶范圍內(nèi)，具有較高的增益，且增益主要穩(wěn)定在8.7dB。由于這種設(shè)計模型具有較好的天線輻射模式以及寬帶特性，因此可應(yīng)用在現(xiàn)代無線系統(tǒng)中。

[1] 李明星,張廣求.微帶天線的設(shè)計綜述[J].Radio Engineering,2003,vol.33,NO.11.

[2] 廖承恩.微波技術(shù)基礎(chǔ)[M].西安電子科技大學(xué)出版社,2005:113-124.

[3] 齊健,李志勇,范中國.寬頻帶和雙頻帶天線的應(yīng)用研究[J].航空兵器,2006(10).

[4] 高向軍,王光明,朱莉,梁建剛.寬帶圓極化微帶天線的設(shè)計[J].無線電通信技術(shù),2007,(1).

[5] 薛睿峰,鐘順時.微帶天線極化技術(shù)概述與發(fā)展[J].電波科學(xué)學(xué)報,2002(8).

TN820.1+1

A

1008-1151(2011)05-0039-01

2011-02-26

張一治（1989－），男，山西人，西安電子科技大學(xué)理學(xué)院碩士生，研究方向為目標(biāo)激光散射特性測量與理論建模；張曉波（1986－），男，安徽人，西安電子科技大學(xué)理學(xué)院碩士生，研究方向為目標(biāo)激光散射特性的研究。