L波段双旋圆极化微带天线的设计

赵 娜

西安航天天绘数据技术有限公司 陕西 西安 710100

1 引言

随着无线通讯技术的迅速发展,天线已经得到了广泛的应用。特别是微带天线,因体积小、重量轻、结构稳定、馈电方式灵活、成本低、易与飞行器共行、易产生线极化波和圆极化波等优点而倍受青睐。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。本文对正交馈电的圆极化天线阵元做了简单的理论分析,通过Ansoft HFSS软件对天线阵元进行仿真,得到了与实验结果相吻合的结果。

2 设计原理

2.1 微带天线阵元理论分析 微带天线要获得圆极化波的关键是激励起两个极化方向正交、幅度相等、相位相差90度的线极化波。本文的天线单元采用正交双馈的矩形微带天线。这种方式是采用两个馈电点来激励,由馈电网络保证其振幅相等,相位差为90度来满足圆极化条件。

2.2 天线阵列建模及仿真结果 为了实现左右旋圆极化同时具备较好轴比,必须确保两组馈电网络的输入端口到各个贴片的长度相等(或相差整数波长)、相位一致。同时为了保证天线的口面效率,还必须确保中间贴片与两侧贴片的功率比为2:1。

采用双馈微带贴片天线作为辐射单元进行组阵,阵元间距选为150mm,通过两组正交的馈电网络和一个90度电桥,实现左右旋圆极化。图2中功分网络由6个一分三和2个一分二功分器组成,其功率采用非均匀分布,中间四个贴片的功率是其它的2倍。

为实现双圆极化功能,采用双馈正交馈电,天线的矩阵模型及仿真结果见图2所示:

图1 天线阵列模型

图2 驻波和方向图

由图2可以看出,辐射单元两个端口的驻波分别≤1.4和≤1.65；天线增益为17.6d B,仿真结果达到设计要求的15d B。

3 结语

本文通过对圆极化微带天线及天线阵进行分析与设计,对天线的馈电方式进行了创新,改变传统的单馈方式,采用正交网络对天线馈电,设计出一种新型的双旋圆极化天线,该天线性能满足了客户的需求,具有很好的实用性。