一种S波段宽带双圆极化天线设计

陈　明，李　磊，冯文文（中国电子科技集团公司第三十八研究所,合肥　230088）

一种S波段宽带双圆极化天线设计

陈明，李磊，冯文文
（中国电子科技集团公司第三十八研究所,合肥230088）

摘要：本文设计了一种新型宽带高增益双圆极化天线，该天线采用圆形罩杯和多个金属圆盘贴片相结合的层叠结构。通过改变圆形罩杯和金属圆盘贴片直径的大小来调节天线单元的增益以及天线的阻抗带宽，得到了良好的效果。天线通过四点正交馈电方法实现圆极化辐射。馈电网络采用具有低损耗特性空气板线形式的90o电桥和180o环形电桥组成。通过激励90o电桥两个输入端口实现天线左右旋圆极化变换。采用商业仿真软件HFSS对天线结构尺寸进行优化设计，仿真结果表明该天线具有结构形式简单、增益高、带宽宽、轴比性能好等优点。该天线适合用于一些小角度扫描的相控阵天线系统。

关键词：圆极化；宽带；高增益；轴比

1　引言

本文设计了一种通过四点正交馈电的高增益罩杯天线，该天线采用圆形罩杯和金属圆盘贴片相结合。通过多个圆盘贴片谐振在不同的频点来展宽天线的阻抗带宽，同时利用不同尺寸的反射罩杯来改变天线单元增益。天线的馈电网络由一个90o电桥和两个180o环形电桥组成。通过HFSS对天线单元结构尺寸进行优化分析，结果表明天线的S11在工作带宽（2Ghz-2.3Ghz）范围内小于15dB。天线方向图法向轴比在±13o范围内小于1.5dB，增益大于14dB。这种结构的圆极化天线在一些小角度扫描相控阵天线系统具有广泛的应用前景。

2　圆极化辐射单元设计

天线结构形式如图1所示分为2个部分。上层为罩杯天线，下层为天线的馈电网络。罩杯天线为4层结构，上3层为辐射金属圆盘，最下层为金属反射罩杯。辐射金属圆盘通过一个金属圆柱支撑杆串连起来。罩杯天线的4个馈电点位于最下层的金属圆盘贴片。为了实现罩杯天线辐射场的左右旋圆极化可变，天线的馈电网络采用具有低损耗特性空气板线形式的90o电桥和180o环形电桥组成如图2所示。通过激励90o电桥不同输入端口实现输出端口相位0o、90o、180o、270o和270o、180o、90o、0o变化。

通过HFSS对天线单元优化仿真。优化后的模型如图1所示。天线结构参数如表1所示。图2分别给出了天线单元输入端口的S11参数、远场方向图、轴比特性的仿真结果。可以看出罩杯天线输入端口S11在整个工作带宽（2Ghz-2.3Ghz）范围内小于-16dB，两个输入端口之间的隔离度小于-12dB。轴比在±13o范围内小于1.2dB。

图1　天线单元及馈线仿真模型

表1　罩杯天线结构尺寸

Setup1 : Sweep Freq='2.25GHz' Phi='0deg' dB(GainTotal) Setup1 : Sweep Freq='2.25GHz' Phi='90deg

图2　罩杯天线端口驻波图、方向图、轴比图

3　结论

本文设计了一种可用于小角度扫描的宽带高增益双圆极化天线。该天线采用四点馈电，馈电网络采用具有低损耗特性空气板线形式的90o电桥和180o环形电桥组成。通过对天线单元的仿真，结果表明该天线在工作带宽（2Ghz-2.3Ghz）范围内天线S11小于-15dB、增益大于14dB、轴比在±13o范围内小于1.5dB。该天线可广泛应用于小角度扫描的相控阵天线系统。

参考文献：

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[3]胡明春,杜小辉,李建新.宽带宽角圆极化贴片天线的实验研究[J].电子学报,2002,30(12):1888-1890．

作者简介：陈明（1983—），男，安徽霍邱人，博士学位，工程师，微波阵列天线技术研究。