一種寬帶雙圓極化微帶天線

1序言

隨著無線通信、測控、電子偵察等的發展，圓極化的以良好的傳播特性（如抑制雨霧干擾），獲得了廣泛的應用，多種多樣的圓極化天線相繼問世。衛星測控系統中常用的圓極化天線主要有螺旋天線和微帶天線兩種基本天線形式。

圓極化螺旋天線技術成熟應用廣泛，通過選擇適當的物理尺寸可以形成不同的輻射方向圖來滿足不同空間應用需要。但螺旋天線幾何尺寸要比微帶天線大很多，螺旋天線的高度一定程度上制約了他在星載測控領域的應用。微帶天線是近幾年來逐漸發展起來的一種新型天線，其重量輕、剖面低、并易于和安裝載體共形。為了讓微帶天線具有寬頻帶特性，在微帶天線設計中相繼采用了許多新的設計方法，如縫隙耦合饋電技術、采用探針耦合饋電技術、采用多層輻射元技術等。

雖然采用寄生單元、層疊輻射單元等方法可以使微帶天線具有較寬的頻帶特性，但這種形式的微帶天線存在尺寸過大、容易激勵起高次模導致極化不純、結構復雜導致可靠性不高等缺點。縫隙耦合饋電微帶貼片天線、探針耦合饋電微帶貼片即可以實現低剖面結構，又可以拓寬微帶天線的工作頻帶，既可以采用單縫(探針)饋電實現單極化，也可以采用雙縫(探針)實現雙極化。同時多縫(探針)饋電技術可以使輻射元上的電流分布更加均勻，可以使天線方向圖更加對稱從而可以提高天線的輻射效率，增加增益。本文介紹的就是一種用于S波段的兩點探針饋電的寬帶、雙圓極化空氣微帶天線。

2設計分析

微帶天線主要有兩種基本的饋電方法:單饋點法和多饋點法。單饋點的圓極化法一般都是窄頻帶單極化的，本文介紹的雙點探針饋電的空氣微帶天線具有很好寬帶特性，微帶天線單元采用圓形貼片結構，兩個饋電點的相位差90度，兩個饋電探針與90度電橋連接，90度電橋的設計為多節的，從而實現寬帶的特性。天線的設計過程中采用了HFSS和ADS等電磁場仿真輔助設計軟件。

2.1兩點探針饋電的圓極化微帶天線

兩點饋電的寬帶雙圓極化微帶天線如圖1所示，包括天線罩的外型尺寸直徑小于10cm，高度小于3cm。輻射單元采用圓型輻射貼片，采用帶有激勵圓盤的饋電棒進行激勵，兩饋電點的激勵相位差為90度，改變激勵相位可以實現不同形式的圓極化。相對于直接連接饋電的貼片天線，采用帶有激勵圓盤的饋電棒耦合激勵的方法可以在較寬的頻帶范圍內使天線具有良好的阻抗匹配。

輻射貼片的半徑R決定于中心頻率f0，通過優化探針激勵圓盤的半徑r及空氣微帶天線單元的厚度S1等其它相關參數可以在寬的頻帶內實現所需要的天線輻射特性。通過優化探針激勵圓盤與金屬貼片間距S2及饋電點的位置d等參數可以調節天線的阻抗匹配特性。

圖1兩點饋電的寬帶圓極化微帶天線

2.2寬帶饋電網絡設計

為了實現雙圓極化、收發共用一個天線，采用印刷式3dB電橋的方法可以實現并且根據需要能和天線集成設計，能確保天線具有小型化的結構和輕重量。單節的3dB電橋帶寬較窄，利用多枝節的方案可以拓展帶寬，同時整個饋電網絡的損耗也是制約天線增益的主要因素之一。因此，如何在工作的寬頻帶內設計等幅和期望的相位輸出的平面印刷式、低損耗饋電網絡是該天線設計中的關鍵內容之一。