一種新型寬波束雙圓極化天線的設(shè)計(jì)與仿真

陳玉林

(華東電子工程研究所 合肥 230031)

0 引言

隨著無(wú)線通信技術(shù)不斷發(fā)展，對(duì)天線的性能提出了更高的要求。全球定位系統(tǒng)(GPS)、合成孔徑雷達(dá)(SAR)、衛(wèi)星通信、個(gè)人通信(GSM 900/DCS1800)等領(lǐng)域，都需要輕重量、低輪廓、制造簡(jiǎn)單的寬波束雙圓極化的天線。

四臂正弦天線(即Sinuous天線)和微帶介質(zhì)天線組合起來(lái)可以實(shí)現(xiàn)寬波束雙圓極化的功能［1］。相比于文獻(xiàn)［1］與文獻(xiàn)［2］的設(shè)計(jì)，此單元設(shè)計(jì)有幾大優(yōu)點(diǎn):a.Sinuous天線單元的曲線段為阿基米德曲線，更易實(shí)現(xiàn)且易于構(gòu)造和設(shè)計(jì)，而文獻(xiàn)［1］與［2］中使用的均為較復(fù)雜的曲線段。b.在天線中組合使用了微帶介質(zhì)天線，即通過(guò)加寬介質(zhì)板來(lái)實(shí)現(xiàn)寬波束輻射。

1 Sinuous天線單元理論分析

1.1 Sinuous天線基本原理

Sinuous輻射單元由介質(zhì)上兩根或四根甚至更多對(duì)稱導(dǎo)體臂在有限空間內(nèi)相互交錯(cuò)構(gòu)成的。正弦曲線由一系列不同長(zhǎng)度與旋向的阿基米德曲線段組成。將基本正弦曲線圍繞坐標(biāo)原點(diǎn)順時(shí)針和逆時(shí)針各旋轉(zhuǎn)δ角度，得到兩條曲線，由這兩條曲線圍成的區(qū)域稱為正弦天線的一個(gè)正弦臂，兩臂的相角差為180o，當(dāng)對(duì)兩臂進(jìn)行反相饋電時(shí)，電場(chǎng)在垂直于單元面的軸線方向同相迭加，故電場(chǎng)最大值在天線的法線方向，且兩邊均有能量輻射［3-4］。將一個(gè)正弦臂繞原點(diǎn)分別旋轉(zhuǎn)90o、180o、270o便形成了四臂正弦天線 (見圖1)。一般來(lái)說(shuō)，當(dāng)取δ=22．5o時(shí)，四臂單元為一種互補(bǔ)結(jié)構(gòu)(self-complementary)，其輻射機(jī)理類似于對(duì)數(shù)周期天線，只有在齒長(zhǎng)度接近于λ/2或λ/2奇數(shù)倍的區(qū)域?yàn)檩椛鋮^(qū)，齒長(zhǎng)小于λ/2的區(qū)域?yàn)閭鬏攨^(qū)［5］。

Sinuous天線共有四個(gè)正弦臂、四個(gè)饋電點(diǎn)。……