L波段雙旋圓極化微帶天線的設計

趙 娜

西安航天天繪數據技術有限公司 陜西 西安 710100

1 引言

隨著無線通訊技術的迅速發展,天線已經得到了廣泛的應用。特別是微帶天線,因體積小、重量輕、結構穩定、饋電方式靈活、成本低、易與飛行器共行、易產生線極化波和圓極化波等優點而倍受青睞。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,得到了與實驗結果相吻合的結果。

2 設計原理

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,由饋電網絡保證其振幅相等,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果 為了實現左右旋圓極化同時具備較好軸比,必須確保兩組饋電網絡的輸入端口到各個貼片的長度相等(或相差整數波長)、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絡和一個90度電橋,實現左右旋圓極化。圖2中功分網絡由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,仿真結果達到設計要求的15d B。

3 結語

本文通過對圓極化微帶天線及天線陣進行分析與設計,對天線的饋電方式進行了創新,改變傳統的單饋方式,采用正交網絡對天線饋電,設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。