一种宽带高隔离度双极化微带天线的设计
高增益宽带圆极化微带天线阵研究
高增益宽带圆极化微带天线阵研究 O 引言 随着微带天线技术的发展，新形式和新性能的微带天线不断涌现。对于便携式天线，就需要天线在尺寸上更小，并且天线在电性能上更要求宽频带、高增益等电特性。前人在天线的这些性能的改进上做了相当多的工作，但是大多数都是只在其中的一个或者两个特性上做了改进。针对现有存在的问题，本文提出一种具有小型化、高增益、宽频带的圆极化微带阵列天线。研制了S波段小型化宽带圆极化天线阵实验样机，并对天线阵实验样机的电特性进行了测量。测量结果表明，天线最大增益为15dB时，天线阵尺寸仅为295 mm×210 mm，天线阵的电压驻波比带宽达到了12.25％，圆极化轴比小于3 dB，带宽达到9.4％，大于文献[1]中的3.4 %。且波瓣宽度分别为64°和20°大于文献[1]中所提到的63°和9° 1 理论分析与设计 本文利用一般微带天线的设计方法设计天线单元。并通过对微带天线的匹配枝节进行调节阻抗，利用An-soft HFSS软件对天线单元进行仿真优化设计，大大降低了天线阵的设计复杂度，并通过若干级二等分功率分配器便可设计出馈电网络。 1.1 天线单元的设计 圆极化天线应用面很广，其实用意义主要体现在： (1)圆极化天线可接收任意极化的来波，且其辐射波也可由任意极化天线收到，故电子侦察和干扰中普遍采用圆极化天线； (2)在通信、雷达的极化分集工作和电子对抗等应用中广泛利用圆极化天线的旋向正交性； (3)圆极化波入射到对称目标(如平面、球面等)时旋向逆转，因此圆极化天线应用于移动通信、GPS等能抑制雨雾干扰和抗多径反射。 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的，幅度相等的且相位相差π/2的线极化波。最早的圆极化微带天线采用正交馈电方式，但这种天线构成天线阵元时，馈电电路之间会引起不希望有的耦合，从而限制了它的实际应用。曲线微带天线构成的宽频带圆极化微带天线不采用开放式的谐振腔，
基于HFSS的4_24微带阵列天线的研究与设计_惠鹏飞
第26卷第5期 齐 齐 哈 尔 大 学 学 报 Vol.26,No.5 2010年9月 Journal of Qiqihar University Sep.,2010 基于HFSS 的4×24微带阵列天线的研究与设计 惠鹏飞，夏颖，周喜权，陶佰睿，苗凤娟 （齐齐哈尔大学 通信与电子工程学院，黑龙江 齐齐哈尔 161006） 摘要：微带阵列天线的馈电方式有微带线馈电和同轴馈电两种方式，本文利用HFSS软件对微带阵列天线进行了研 究，分析了两种馈电方式的传输损耗及其对天线方向图的影响，利用模块化的设计方法实现了一种基于同轴线馈 电结构的多元矩形微带阵列天线。在HFSS仿真设计环境里对天线进行了物理建模，该微带阵列天线的方向图特性 良好，工程上实现比较方便。 关键词：微带阵列天线；模块化设计；HFSS 仿真；物理建模；方向图 中图分类号：TN820.1 文献标识码：A 文章编号：1007-984X(2010)05-0009-04 随着无线电技术的发展，微带天线在许多领域得到了越来越广泛的应用，主要应用场合包括：卫星通信、多普勒雷达及其它制式雷达、导弹遥测系统、复杂天线中的馈电单元等[1] 。微带天线通常采用天线阵列的形式，由馈电网络控制对天线子阵的激励幅度和相位，以获得高增益、强方向性等特点。 微带阵列天线的馈电方式主要有微带线馈电和同轴线馈电方式两种。利用微带线馈电时，馈线与微带贴片是共面的，因此可以方便地光刻，但缺点是损耗较大，在高效率的天馈系统里的应用受到较大限制[2]。本文首先对微带馈电网络产生的损耗进行了详细分析，利用HFSS 软件设计了2×4结构的微带子阵，采用同轴馈电的方式，利用模块化设计方法和方向图叠加原理最终实现了4×24矩形微带阵列天线，仿真设计结果表明，该大型矩形微带阵列天线的各项指标参数良好，设计思想得到了很好的验证。 1 微带阵列及馈电网络损耗分析 1.1 微带阵列理论 微带天线单元的增益较小，一般单个贴片单元的辐射增益只有6～8 dB，为了实现远距离传输和获得更大的增益，尤其是对天线的方向性要求比较苛刻的场合，常采用由微带辐射单元组成的微带阵列天线，如果对增益要求较高，可采用大型微带阵列天线结构[3]。 首先分析平面微带阵列天线的激励电流与电场分布情况，无论是线天线还是面天线，其辐射源都是高频电流源，天线系统将高频电流源的能量转换成电磁波的形式发射出去，讨论电流源的辐射场是分析天线的基础。假设由若干相同的微带天线元组成的平面阵结构，建立三维坐标系分析阵列天线的场量分布情况。以阵列的中心为坐标原点，天线在x 轴方向和y 轴方向的单元编号分别用m 和n 表示。以原点天线单元为相位参考点，为了简化分析，假设阵列中各单元间互耦影响可以忽略不计，各单元激励电流为 j()e xs ys m n mn I ψψ?+，天线阵在远区的辐射总场(,)E θ?为 ()(,)(,)E f S θ?θ?θ??,= 式中，(,)f θ?为阵元的方向性函数，(,)S θ?为平面阵的阵方向性函数。平面阵因子是两个线阵因子的乘积，可以利用线阵方向性分析的结论来分析平面阵列的方向性。 1.2 馈电网络及损耗分析 天线只有承载高频电流才能有电磁波辐射，馈线指将高频交流电能从电路的某一段传送到另一段所用 的设备，对天线的馈电包括对单元天线的馈电和阵列天线的馈电两种形式。当利用传输线对阵列结构进行 收稿日期：2010-06-06 基金项目：齐齐哈尔市科技局工业攻关项目（GYGG-09011-2） 作者简介：惠鹏飞（1980-）,男，辽宁凌源人，讲师，硕士，主要从事雷达极化信息处理的研究，weibo505@https://www.wendangku.net/doc/cb15702811.html,。
一种高隔离度双极化微带天线的设计
一种高隔离度双极化微带天线的设计 苏振华应增任学施杰乔青 （电子科技大学天线与微波技术国家重点实验室，710071） 摘要：本文介绍了一种工作在Ku波段的高隔离度双极化微带天线，该天线采用邻近耦合和H槽缝隙耦合相结合的馈电方法实现了天线的双极化，双层反射地板的结构降低了天线方向图的后瓣。借助Ansoft 公司的HFSS仿真软件对该天线进行了仿真和优化，得到了较好的结构和指标参数。与常规的双极化微带天线结构相比，该天线具有高端口隔离度和低后瓣的特性。 关键词：双极化；微带天线；隔离度 Design of a Dual-polarization Microstrip Antenna Su Zhenhua Yin Yingzeng Ren Xueshi Zhang Jie Qiao Qing (Institute of Antennas and Electromagnetic Scattering，Xidian University, Xi'an 710071，China) Abstract: A high isolation dual-polarization microstrip antenna working at Ku-band is presented. This antenna is fed by methods of direct coupling and H-slot coupling to realize dual-polarization. Due to the double reflectors structure ,the antenna has a lower back-lobe. On basis of Ansoft HFSS software, this antenna is analyzed and optimized. Some good results are presented. Compared to conventional dual-polarization microstrip antenna, this antenna has better isolation and lower back-lobe characteristics. Keywords: dual-polarization ; microstrip antenna ; isolation 1 引言 微带天线由于具有体积小，重量轻，低剖面，易于加工以及与有源器件及电路集成等诸多有点，在通信，雷达等方面得到广泛的应用。另外，频谱资源日益紧现代卫星通信领域迫切需要天线具有双极化功能，因为双极化可使它的通信容量增加一倍。 双极化技术的应用通常要求低交叉极化电平和高隔离度。单层的双端口馈电隔离度一般只能达到-25dB左右[1]，多层馈电虽然结构稍微复杂，但是可以得到很高的隔离度。 本文首先对三层介质板单层反射板的微带双极化天线进行了分析，其结果表明方向图的后瓣比较大。然后采用了四层介质板，在最下层的介质板下方加了一块反射地板，得出比较理想的结果，其端口隔离度低于-40dB，后瓣降低了4.85dB。2 微带双极化天线的研究 2.1 天线的结构 三层介质板微带天线结构如图1所示，其中（a）是立体的侧视图，（b）是俯视图。天线由三层介质板组成，辐射贴片蚀刻在最上层即第一层介质板的顶部。邻近耦合馈电微带线在第二层介质板的上面，第二层介质板和第三层介质板之间放置反射地板，H 槽开在这反射地板上面，第三层介质板的下侧为通过H槽耦合馈电的微带线。三层介质板都采用介电常数为2.2的Rogers RT/duroid 5880(tm)材料，第一，二层厚度为0.381mm,第三层厚度为0.254mm，馈电采用50欧姆微带开路线。 不同层馈电可以明显的增加隔离度，可以对H
宽带圆极化微带天线设计
宽带圆极化微带天线设计 关键词：微带天线，X波段，设计，分析，HFSS，仿真
目录 1 绪论 (1) 1.1 本课题研究背景 (1) 1.2 微带天线的发展 (1) 1.3 微带天线的优缺点 (2) 1.4 本课题研究内容 (3) 2 微带天线基本概念及原理 (5) 2.1 天线的基本概念 (5) 2.2 天线的辐射原理 (6) 2.3 天线的基本参数 (6) 2.3.1 天线的极化 (7) 2.3.2 天线方向图的概念 (7) 2.3.3 天线输入阻抗的计算方式 (8) 2.3.4 天线的谐振频率与工作频带宽带 (8) 2.3.5 天线的驻波比 (9) 2.4 微带天线的简介 (10) 2.4.1 微带天线的结构与分类 (10) 2.4.2 微带天线的辐射机理 (10) 2.4.3 微带天线的形状 (11) 2.5 微带天线的分析方法 (11) 2.5.1 传输线模型法 (11) 2.5.2 空腔模型法 (13) 2.5.3 积分方程法 (13) 2.6 微带天线的馈电方法 (14) 2.7 微带天线圆极化技术 (15) 2.7.1 圆极化天线的原理 (15) 2.7.2 圆极化实现技术 (16) 3 宽带异形贴片微带天线设计 (21) 3.1 微带天线的仿真 (21) 3.2 Ansoft HFSS高频仿真软件的介绍 (21) 3.3 HFSS对具体实例的仿真 (21)
3.3.1 选取微带天线模型 (21) 3.3.2 微带天线的仿真优化 (23) 4 双点馈电圆形圆极化微带天线设计 (35) 4.1 HFSS对圆极化微带天线的仿真 (35) 4.1.1 选取圆极化微带天线模型 (35) 4.1.2 圆形圆极化微带天线的仿真优化 (35) 5 总结结论及展望 (41) 参考文献 (42)
微带天线设计
班级：通信13-3班 姓名：王亚飞 学号：1306030318 指导教师：徐维 成绩： 电子与信息工程学院 信息与通信工程系
目录 1微带天线设计 (3) 1.1微带天线简介 (3) 1.2设计要求 (3) 1.3设计指标和天线几何结构参数计算 (4) 2 HFSS 设计和建模概述 (5) 2.1创建微带天线模型 (5) 2.1.1新建HFSS 工程 (5) 2.1.2建立模型 (6) 2.2相关条件设置 (14) 2.2.1设置激励端口 (14) 2.2.2添加和使用变量 (15) 2.2.3求解设置 (17) 3设计检查和运行仿真分析 (19) 3.1查看天线谐振点 (19) 3.1变量Length、Width扫描分析 (21) 3.2查看S11参数以及Smith圆图结果 (21) 3.3查看驻波比 (22) 3.4查看天线的三维增益方向图 (22) 3.5查看平面方向图 (23) 4总结体会 (23)
1微带天线设计 1.1微带天线简介 微带天线是近30年来逐渐发展起来的一类新型天线。早在1953年就提出了微带天线的概念，但并未引起工程界的重视。在50年代和60年代只有一些零星的研究，真正的发展和使用是在70年代。常用的一类微带天线是在一个薄介质基(如聚四氟乙烯玻璃纤维压层)上，一面附上金属薄层作为接地板，另一面用光刻腐蚀等方法作出一定形状的金属贴片，利用微带线和轴线探针对贴片馈电，这就构成了微带天线。当贴片是一面积单元时，称它为微带天线；若贴片是一细长带条则称其为微带振子天线。 图1.1 是一个简单的微带贴片天线的结构，由辐射元、介质层和参考地三部分组成。与天线性能相关的参数包括辐射元的长度L、辐射元的宽度W、介质层的厚度h、介质的 相对介电常数εr 和损耗正切tan δ、介质层的长度LG 和宽度WG。图10.1 所示的微带贴片天线是采用微带线来馈电的，本章将要设计的矩形微带贴片天线采用的是同轴线馈电，也就是将同轴线接头的内芯线穿过参考地和介质层与辐射元相连接。 图1.1微带天线的结构 1.2设计要求 设计一个矩形微带天线，工作频率为2.45Ghz ,天线使用同轴线馈电。天线的中心频率为2.45GHz，因此设置HFSS 的求解频率（即自适应网格剖分频率）为2.45GHz，同时添加1.5～3.5GHz 的扫频设置，分析天线在1.5～3.5GHz 频段内的回波损耗或者电压驻波比。
一种高隔离度双极化微带天线的设计
一种高隔离度双极化微带天线的设计 苏振华尹应增任学施张杰乔青 （西安电子科技大学天线与微波技术国家重点实验室，西安 710071） 摘要：本文介绍了一种工作在Ku波段的高隔离度双极化微带天线，该天线采用邻近耦合和H槽缝隙耦合相结合的馈电方法实现了天线的双极化，双层反射地板的结构降低了天线方向图的后瓣。借助Ansoft 公司的HFSS仿真软件对该天线进行了仿真和优化，得到了较好的结构和指标参数。与常规的双极化微带天线结构相比，该天线具有高端口隔离度和低后瓣的特性。 关键词：双极化；微带天线；隔离度 Design of a Dual-polarization Microstrip Antenna Su Zhenhua Yin Yingzeng Ren Xueshi Zhang Jie Qiao Qing (Institute of Antennas and Electromagnetic Scattering，Xidian University, Xi'an 710071，China) Abstract: A high isolation dual-polarization microstrip antenna working at Ku-band is presented. This antenna is fed by methods of direct coupling and H-slot coupling to realize dual-polarization. Due to the double reflectors structure ,the antenna has a lower back-lobe. On basis of Ansoft HFSS software, this antenna is analyzed and optimized. Some good results are presented. Compared to conventional dual-polarization microstrip antenna, this antenna has better isolation and lower back-lobe characteristics. Keywords: dual-polarization ; microstrip antenna ; isolation 1 引言 微带天线由于具有体积小，重量轻，低剖面，易于加工以及与有源器件及电路集成等诸多有点，在通信，雷达等方面得到广泛的应用。另外，频谱资源日益紧张现代卫星通信领域迫切需要天线具有双极化功能，因为双极化可使它的通信容量增加一倍。 双极化技术的应用通常要求低交叉极化电平和高隔离度。单层的双端口馈电隔离度一般只能达到-25dB左右[1]，多层馈电虽然结构稍微复杂，但是可以得到很高的隔离度。 本文首先对三层介质板单层反射板的微带双极化天线进行了分析，其结果表明方向图的后瓣比较大。然后采用了四层介质板，在最下层的介质板下方加了一块反射地板，得出比较理想的结果，其端口隔离度低于-40dB，后瓣降低了4.85dB。2 微带双极化天线的研究 2.1 天线的结构 三层介质板微带天线结构如图1所示，其中（a）是立体的侧视图，（b）是俯视图。天线由三层介质板组成，辐射贴片蚀刻在最上层即第一层介质板的顶部。邻近耦合馈电微带线在第二层介质板的上面，第二层介质板和第三层介质板之间放置反射地板，H 槽开在这反射地板上面，第三层介质板的下侧为通过H槽耦合馈电的微带线。三层介质板都采用介电常数为2.2的Rogers RT/duroid 5880(tm)材料，第一，二层厚度为0.381mm,第三层厚度为0.254mm，馈电采用50欧姆微带开路线。 不同层馈电可以明显的增加隔离度，可以对H 槽的尺寸进行调节，改善输入端口的阻抗特性。 ·102·
一种紧凑高隔离度的双极化微带天线单元设计
一种紧凑高隔离度的双极化微带天线单元设计 张杰尹应增任学施苏振华席磊 （西安电子科技大学天线与微波技术国家重点实验室，西安710071） 摘要：本文运用临近耦合与口径耦合的馈电方式，设计了一种工作于Ku波段、高端口隔离度、低交叉极化和低后向辐射的双极化微带贴片单元。采用四层介质板结构，剖面为1.27mm，两个端口的馈线分别位于接地板两侧，减小了馈线的寄生辐射对方向图的影响。仿真结果表明，在500MHz（VSWR<1.5）的工作带宽内，增益为7.15dB，单元的端口隔离度低于-53dB，极化隔离度低于-55dB，前后比低于-22dB，为实现高隔离度的双极化微带天线阵打下基础。 关键词：双极化，口径耦合馈电，隔离度，交叉极化，后向辐射 Design of a Compact Dual-polarization Microstrip Antenna Element with High Isolation Zhang Jie Yin Yingzeng Ren Xueshi Su Zhenhua Xi Lei (Institute of Antennas and Electromagnetic Scattering，Xidian University, Xi'an 710071，China) Abstract: In this paper, a Ku-band compact dual-polarization microstrip antenna element with high isolation, low cross-polarization and low back-radiation is presented. This antenna is fed by the method of cross-slot coupling to realize dual-polarization. By using four medium flies, the section plane of antenna is 1.27mm. To reduce the affect of feed lines on radiation, two feed lines are placed on the side of earth-plate. In the bandwidth (VSWR<1.5) of 500MHz, the gain is 7.15dB, the isolation of two ports is under -53dB, the isolation of polarization is under -55dB, the back-radiation is under -22dB. The design of high isolation dual-polarization microstrip antenna array can base on this element. Keywords: Dual-polarization; Aperture-coupled; Isolation; Cross-polarization; Back-radiation 1 引言 随着现代无线通信技术的快速发展，全球定位系统(GPS)、卫星通信、合成孔径雷达(SAR)、无线个人通信(WLAN)等领域都需要重量轻、剖面低、易共形的双极化天线。而微带天线天线具有馈电方式和极化形式多样化的优点，并且易与馈电网络和有源电路集成一体化，已成为印刷天线类的主角。 天线的极化指天线在最大辐射方向上电场矢量的取向，频谱资源日益紧张的现代卫星通信领域迫切需要天线具有双极化功能。因为双极化天线能发射或接收两个正交的电磁波，在同一带宽内可以发射两种信号，这有利于实现频率复用和收发一体，将通信容量提高一倍。在地面通信中可实现极化分集和抗多径衰落；在合成孔径雷达中，多极化可以获得更加详尽的各种散射体的信息，易于对目标的探测和识别，随着分辨率要求的提高，极化隔离度要求越来越高。 通常用微带线直接给方形贴片馈电的双极化微带天线，端口隔离度和极化隔离度一般只有-20dB~-25dB左右。本文分析并设计了一种十字型口径耦合馈电的双极化贴片天线，馈线采用分支线型结构，并分别位于接地板的两侧，具有较高的端口
双极化混合馈电微带贴片天线
双极化混合馈电微带贴片天线 安婷婷1张文梅1 (山西大学物理电子工程学院，太原030006)1 摘要：提出了一种新型的双极化混合馈电微带贴片天线，天线采用探针馈电与孔径耦合馈电相结合的混合 馈电方式，结合“T”型馈线提高了端口隔离度，“Hour glass”形的槽改善了输入端口的阻抗特性。用商业软件 Designer(SV)对天线的电特性进行仿真优化，天线的谐振频率为2.40GHz，端口1和2的反射损耗分别为-26.97dB和-25.45dB，端口隔离度为-22.28dB。 关键词：双极化，混合馈电，微带贴片天线 A Dual-polarized Microstrip Patch Antenna Fed by Hybrid Structure An tingting1Zhang wenmei1 (College of Physics and Electronics Engineering, Shanxi University of China, Taiyuan 030006)1 Abstract: A new dual-polarized microstrip patch antenna fed by hybrid structure is presented. In order to improve isolation between two ports, hybrid feed (probe feed and aperture coupled feed) and “T” shaped microstrip line are used. The “Hour glass” shaped slot can improve the input impedance. The parameters of the antenna are calculated by Ansoft Designer (SV) simulation. The center frequency of the antenna is 2.40 GHz, the return loss for port 1 is -26.97 dB, and -25.45 dB for port 2, and the isolation between two ports is -22.28 dB. Keywords: Dual-polarized; Hybrid feed; Microstrip patch antenna 1 引言 近年来，随着无线通信系统用户的迅猛增长，通信信息容量需求的不断增大，能有效解决多径衰落问题的分集天线得到了广泛应用。而分集技术中的双极化技术是无线通信领域十分重要的技术，它可用来实现极化分集和极化复用，其中极化分集是解决无线信道多径衰落的有效方法，而极化复用则可以更加有效地利用有限的频谱资源。双极化天线能够互不干扰地发送或接收两种极化波，从而实现频谱复用。到目前为止，双极化微带天线在国内外都有很大发展。文献[1]-[3]提出了孔径耦合馈电的双极化天线，其中[1]采用在贴片中心开十字槽来实现双极化，[2]采取开两个偏移中心的互相垂直的耦合槽来实现双极化，而[3]采用直线槽和C形槽来实现双极化。文献[4]-[5]提出的双极化天线采用混合馈电的方式，[4]采用探针馈电与微带线馈电相结合的馈电方式，[5]采用电容耦合馈电与孔径耦合馈电相结合的馈电方式，极大提高了端口隔离度。 本文提出了一种新型的双极化混合馈电微带贴片天线，该天线采用探针馈电与孔径耦合馈电相结合的混合馈电方式，结合“T”型馈线提高了端口隔离度，“Hour glass”形的槽改善了输入端口的阻抗特性。天线的谐振频率为2.40GHz，端口1和2的反射损耗分别为-26.97dB和-25.45dB，3dB相对带宽分别为2.50%，端口隔离度为-22.28dB，天线最大增益为3.865dBi。该天线保持了孔径耦合贴片天线的优势，同时馈电同轴线垂直贴片，电缆占用空间小， 基金项目：国家自然科学基金项目(60771052)；国家博士后基金特别资助(200801424)；山西省自然科学基金项目(2006011029)；太原市科技项目(0703004)
同轴馈电矩形微带天线设计与分析 2
同轴馈电矩形微带天线设计与分析 摘要：本文使用HFSS软件，设计了一种具有损耗低、稳定性好的同轴馈电矩形微带天线。该新型C波段微带天线射频频率2、45GHz，输入阻抗50Ω，利用矩形同轴线馈电(RCL)结构网络和微带天线子矩阵的基本原理和设计方法，运用HFSS对该天线进行仿真、优化，最终得到最佳性能，达到了频段范围内S11小于XXX，尺寸XXX，方向性XXX，达到XXX 的设计要求。 关键词：HFSS，微带线，天线 请在摘要中写明该天线的性能，点明创新性或所做的工作重点。 1、前言 在1953年Deschaps提出微带天线的理论，经过20年多的发展，Munson和Howell于20世纪70年代初期制造了实际的微带天线。传统的手工计算设计天线采用的是尝试法，设计和研发周期长，费用高。随着计算水平的提高，可以采用成熟的电磁仿真软件设计。 微带天线结构简单,体积小,能与载体共形，能和有源器件、电路等集成为统一的整体，具有体积小、重量轻、低剖面、易于集成和制造等点，在卫星通信、卫星定位系统等多个领域获得了广泛应用。已被大量应用于100MHz～100GHz宽频域上的无线电设备中, 特别是在飞行器和地面便携式设备中得到了广泛应用。 微带天线的特征是: 比通常的微波天线有更多的物理参数, 可以有任意的几何形状和尺寸；能够提供50Ω输入阻抗,不需要匹配电路或变换器；比较容易精确制造, 可重复性较好；可通过耦合馈电, 天线和RF电路不需要物理连接；较易将发射和接收信号频段分开；辐射方向图具有各向同性。设计的圆极化微带天线具有较宽的频带或者是双频堆叠结构且采用同轴线馈电，一般天线厚度尺寸较大，因此馈电同轴长加大，导电感抗加大，天线的性能随之恶化。通常，单层厚天线采用L形或T形同轴探针馈电；对于双层厚天线，通过在层间增加空气层以改善天线的驻波特性J。这两种结构给天线的制造带来了困难，前者需要在介质层内增加金属片来实现T形或L形探针馈电，制作不便，增加了制造代价；后者需要在两层天线中间添加空气层，由于空气层厚度对天线性能影响突出，厚度不易控制，因此也不是好的选择，而同轴馈电矩形微带电线成为了性能良好的天线选择之一。 本文设计的同轴馈电矩形微带天线工作于ISM频段，其中心频率为2.45GHz；无线局
一种提高交叉极化隔离度的16元微带阵列天线_刘藤
一种提高交叉极化隔离度的16元微带阵列天线 刘 藤1,2,罗 勇1,李莎莎2,李旭哲1 (1.电子科技大学,四川成都 610054; 2.中国东方红卫星股份有限公司,陕西西安 710061) 摘 要:在现代通信中,特别是卫星通信,有时需要比较高的交叉极化隔离度。对于传统的微带阵列天线来说,由于其馈电网络与阵元均处于同一侧,不仅会产生互耦,影响增益,并且交叉极化隔离度也不能满足广大用户的要求。在此提出一种新型的馈电结构,旨在提高其交叉极化隔离度。从仿真中可以看出,交叉极化隔离度能达到40dB 以上,为实现更大型微带阵列天线网络做出一定的理论实践和工程指导。 关键词:微带阵列天线;交叉极化隔离度;馈源网络;开槽线 中图分类号:T N 823 文献标识码:A 文章编号:1004-373X(2010)14-0114-03 16-element Microstrip Array Antenna for Enhancing Cross -polarization Isolation LIU T eng 1,2,L U O Yo ng 1,L I Sha -sha 2,L I Xu -zhe 1 (1.Universi t y o f Electronic Sci ence and T echnolo gy of China,Chengdu 610054,Chi na; 2.China Spacesat Co.L td.,Xi an 710061,China) Abstract :A hig h cr oss -po lar ization iso lation is so metimes needed in modern communications,especially in satellite com -munications.A new feeder structure is pr oposed to enhance the cro ss -polarization iso lat ion because the ar ray elements and the feed netw or k are at the same side in the tr aditio nal micr ostr ip ar ray antenna,and the structure can cause lo w cro ss -polarization iso lation and co -coupling w hich affects the g ain.It is fo und from t he simulat ion result calculated by H FSS of A nsoft that the cro ss -polarization isolatio n is hig her than 40dB.T his conclusion can pr ovide a g ood r efer ence to t he practical eng ineering. Keywor ds :microstr ip arr ay antenna;cr oss -po lar ization iso latio n;feed sour ce netw ork;slot line 收稿日期:2010-03-12 0 引 言 微带阵列天线具有体积小,重量轻,制作简单,安装方便,容易与有源器件集成,外观美观,受环境影响小等优点,因此越来越受到人们的欢迎。目前,微带阵列天 线已经成功地用于机载雷达,卫星通信,移动通信和卫星电视等系统中。 关于微带阵列天线的馈电问题,前人已做了大量的工作。一般都是辐射片与微带线馈源网络处于同一侧,如文献[1-2]所述。这种方式由于馈源网络本身会产生一定的辐射,所以总的辐射场就是各辐射单元的辐射场与馈源网络辐射场的叠加。由于馈源网络布线并不一定规则,这无疑会影响天线整体的交叉极化隔离度性能;同时,由于微带线与辐射贴片存在有互耦,这样还会进一步使天线交叉极化隔离度性能降低,影响主瓣增益[3] 。在某些特定的应用场合(如卫星通信),要求天线的交叉极化隔离度性能是比较高的(30dB 以上)[4],对于一般阵元数目比较少的天线阵,还能够满足要求,但是对于大型或者超大型阵列,以上的馈电方式就很难满 足要求了。关于抑制交叉极化隔离度的馈电方式,前人也做了大量的工作,如文献[5]所述,文章中提到将辐射 单元与馈源网络隔离的方式,能有效提高交叉极化隔离度;类似的做法再如文献[6]所述;而文献[7]提出一种用开槽线耦合馈电的方式将能量耦合给辐射单元,亦取得了良好地效果。本文在总结了前面优秀工作的基础上,提出一种全新的馈电结构:天线辐射单元与馈源网络分别处于接地板两侧,通过接地板的开槽线把馈源网络上的能量耦合到辐射单元上,通过H FSS 软件仿真,得到了比较好的结果,说明此种馈电方式确有比较好的提高交叉极化隔离度的作用,并为进一步组建大型或超大型阵列做出指导。1 辐射单元 辐射单元采用嵌入式微带边馈贴片[8](如图1所示),这样可以很容易地实现阻抗匹配。对于介质基片厚度为h = 1.5m m,天线工作的中心频率为f 0=12.5GH z,采用相对介电常数为 r = 2.2的Rogers RT/duroid 5880介质作为基片,辐射贴片宽度为: W p = c 2f 0 r +1 2 -1 2 (1) 114 科学计算与信息处理刘 藤等:一种提高交叉极化隔离度的16元微带阵列天线
微带天线设计
微带天线设计 天线大体可分为线天线和口径天线两类。 移动通信用的VHF 、UHF 天线，大多是以对称振 子为基础而发展的各种型式的线天线，卫星地面站接收卫星信号大多用抛物面天线（口径 天线）。 天线的特征与天线的形状、大小及构成材料有关。天线的大小一般以天线发射或接收电磁波的波长l 来计量。因为工作于波长l = 2m 的长为1m 的偶极子天线的辐射特性与工作于波长l = 2cm 的长为1cm 的偶极子天线是相同的。 与天线方向性有关参数：方向性函数或方向图 离开天线一定距离处，描述天线辐射的电磁场强度在空间的相对分布的数学表达式，称为天线的方向性函数； 把方向性函数用图形表示出来，就是方向图。 最大辐射波束通常称为方向图的主瓣。主瓣旁边的几个小的波束叫旁瓣。 为了方便对各种天线的方向图进行比较，就需要规定一些表示方向图特性的参数，这些参数有： 1．天线增益G （或方向性GD ）、波束宽度（或主瓣宽度）、旁瓣电平等。 2．天线效率 3．极化特性 4．频带宽度 5．输入阻抗
天线增益是在波阵面某一给定方向天线辐射强度的量度。它是被研究天线在最大辐射方向的辐射强度与被研究天线具有同等输入功率的各向同性天线在同一点所产生的最大辐射强度之比。 天线方向性GD与天线增益G类似但与天线增益定义略有不同。 因为天线总有损耗，天线辐射功率比馈入功率总要小一些，所以天线增益总要比天线方向性小一些。 理想天线能把全部馈入天线的功率限制在某一立体角ΩB内辐射出去，且在ΩB立体角内均匀分布。这种情况下天线增益与天线方向性相等。 理想的天线辐射波束立体角ΩB及波束宽度θB 实际天线的辐射功率有时并不限制在一个波束中，在一个波束内也非均匀分布。在波束中心辐射强度最大，偏离波束中心，辐射强度减小。辐射强度减小到3db时的立体角即定义为ΩB。波束宽度θB与立体角ΩB关系为 旁瓣电平
用于机载SAR的UHF波段宽带双极化微带天线
用于机载SAR的UHF波段宽带双极化微带天线 卢晓鹏高初李雁 （中国电子科技集团公司第三十八研究所，合肥230031） 摘要：本文提出了一种结构简单可用于机载SAR的UHF波段宽带双极化天线。通过将背腔技术、近耦合馈电技术、双层微带贴片技术以及四点馈电技术的有效结合，实现了低剖面、宽带、高隔离和低交叉极化的性能。对孤立单元及1×4小阵的仿真及测试结果表明，该天线在36.7%带宽内驻波比优于1.5、极化隔离优于55dB、交叉极化低于-25dB。 关键词：宽带；双极化；微带贴片天线；SAR A UHF Microstrip Antenna with Wide-Bandwidth and Dual-Polarization for Airborne SAR Application Lu Xiaopeng Gao Chu Li Yan ( No.38 Research Institute of CETC, Hefei 230031) Abstract: A simple UHF Microstrip Antenna with Wide-Bandwidth and Dual-Polarization for airborne SAR application is proposed. By a combination of back-cavity, proximity coupling feeding, dual layer microstrip patch, and four-point feeding techniques, characteristics of low profile, broad bandwidth, high isolation and low cross-polarization is realized. From the simulation and experiment results of a single element and a 1 by 4 array, a VSWR lower than 1.5, a polarization isolation greater than 55dB, a cross polarization lower than -25dB are obtained. Key words: Wideband , Dual-Polarization, Microstirp Patch antenna , SAR 1 引言 机载合成孔径雷达(SAR) 有全天候、全天时的工作能力。随着SAR技术的成熟及应用推广，近年来该技术在地形测绘领域成为一大研究热点。对植被覆盖茂密的地区进行测绘，为获取准确的地表信息，应选用具有良好植被穿透能力的UHF波段SAR。而宽带、双极化的天线可提高SAR图像的分辨率及清晰度。因此，开发适用于机载工作平台的UHF波段宽带、双极化天线十分必要。 已见报道的宽带双极化天线形式主要有三大类，第一类是双极化裂缝波导天线[1]，第二类是双极化对称振子类天线[2-4]，第三类是双极化微带贴片天线[5-6]。裂缝波导天线的优点是效率高，缺点是带宽窄，最大带宽不会超过15%。同时由于波导尺寸限制，它不适用于UHF以下的低频天线设计。对于双极化对称振子类天线，其优点是带宽宽，缺点是天线剖面尺寸大，两种极化天线单元的波瓣一致性差。特别是当天线工作在UHF以下的波段时，由于载机平台限制，天线单元数较少，造成了两种极化状态下天线的波瓣宽度、背瓣及增益差异很大，不利于SAR的成像处理。而双极化微带贴片天线除了具有重量轻、加工简单等优点，还具有两极化面波瓣一致性好的特点，适合于双极化机载SAR天线的设计。但对于较低工作波段，由于微带板厚度的限制，使得常规微带贴片天线的工作带宽较窄。为解决该问题，文献[5]采用了背腔结构与锥形耦合探针馈电相结合的技术，在单层微带结构上实现了46%的工作带宽；文献[6]采用厚泡沫介质、与电容补偿探针馈电相结合的技术，实现了30%的工作带 ·1·
一种L型探针馈电的微带共形天线设计
一种L型探针馈电的微带共形天线设计 【摘要】微带贴片天线以其剖面小、体积小、结构简单等优点在近年来得到了极大的发展，尤其是运用在机载共形天线上。本文结合L型探针的馈电方式，并综合使用了加载短路探针的方法实现了天线剖面r=198mm，h=25mm的共形化设计，极大降低了天线尺寸、减小了剖面面积，使天线更好的与载体共形并节约载体空间。 【关键词】微带共形天线；L型探针馈电；短路探针加载 0 引言 共形天线作为机载天线的一种重要形式，必须具有体积小、剖面低、可探测性低、抗损伤性高等特点，因此能够用作共形天线的天线形式主要有各种微带和缝隙天线（也有其它形式但比较少）。而缝隙天线主要是在平板、圆筒或圆柱等结构上直接开槽的一种天线形式，优点是结构简单，但同时也存在着频带窄，在大功率时容易击穿等缺点。相比较起来则是微带天线作为共形天线更为常见。微带天线是一种由薄介质基片，其上用金属沉积矩形、圆形或其他几何形状的辐射元，而背面贴以金属接地板的天线。 本文提出的L型探针的馈电方式，使这种微带天线具有结构紧凑、剖面低、辐射效率高、易与载体共形等优点。 1 设计原理 1.1 L型馈电探针的原理 该结构相当于空气介质基板的微带贴片天线。天线辐射机理为[1]：L型探针的垂直部分产生感抗，水平部分和贴片之间产生容抗，两者相消产生谐振，使天线呈现宽频带或者多频带。通过与同轴电缆相连，L型探针上将存在交变电场，电场方向为探针水平臂所指方向，交变电场将引起变化的磁场，磁场方向与电场方向垂直。当磁力线垂直穿过贴片时，又将产生变化的电场。这种变化的电磁场经过金属底板的反射后辐射出去。 1.2 微带天线小型化的技术 1.2.1 辐射贴片开槽 研究发现，对辐射贴片进行开槽，贴片表面电流的路径将发生弯曲，导致有效路径变长。因此，在贴片几何尺寸保持不变的情况下，采用开槽贴片可以增大天线有效长度，降低天线的谐振频率，从而实现天线小型化。 不过，辐射贴片表面开槽也有相应的缺点。天线表面开槽后会有垂直于主激
低交叉极化高隔离度的C 波段双极化微带天线的设计
低交叉极化高隔离度的C波段双极化微带天线的设计1 孙竹，钟顺时，汤小蓉 上海大学通信与信息工程学院，上海(200072) E-mail: kiddodo@https://www.wendangku.net/doc/cb15702811.html, 摘要：本文介绍了一种混合激励的具有低交叉极化和高端口隔离特性的C波段双极化双层微带贴片单元的设计。该天线单元的10dB反射损失带宽达840MHz，约15.6%，覆盖了整个C波段的雷达频段（5.1GHz-5.9GHz），天线单元的两个极化的交叉极化电平值在整个频段内均低于-37dB，极化端口隔离度在整个频段内低于-43dB，方向图前后比大于20dB，天线增益稳定在9dB以上。此外，该天线还具有结构紧凑的优点，易于拓展成大型天线阵列，适合于作相控阵天线、合成口径雷达(Synthetic Aperture Radar, SAR)天线的阵列单元。关键词：微带贴片天线；双极化；高隔离度；SAR天线 1. 引言 在合成口径雷达系统应用中，数据的后处理算法往往要求雷达天线具有高端口隔离度与低交叉极化的特性，以避免可能产生的成像模糊问题。从天线技术的角度而言，天线阵的端口隔离度取决于每个单元的端口隔离度，而天线阵的交叉极化特性尚可通过排阵中采用“成对等幅反相馈电”技术[1-3]进行改善。因此，设计用于成像雷达的天线阵列单元，首要任务是实现高端口隔离度指标，其次是实现低交叉极化电平。文献[4]中指出，目前的算法一般要求天线的交叉极化电平应当抑制在-30dB以下。 在提高双极化天线单元的端口隔离度及降低交叉极化电平方面，已有不少文章可供参考，文献[5]通过调整口径耦合的两个耦合槽的位置，使之排布成“T”字型，在频带内实现端口隔离度大于36dB。文献[6]通过改变耦合槽形状，将H形槽的“双臂”略微向内弯曲，在带内实现隔离度34dB以上。[7]中采用混合馈电的方法，对两个极化端口分别采用口径耦合和电容性耦合方式馈电(capacitive coupled feed)在两个端口都采用平衡馈电，在频带内的隔离度超过了40dB。 本文首先通过对贴片天线单元形状和馈电技术的分析，提出一种混合馈电的设计，然后由数值分析软件仿真和优化确定天线的参数和特性。 2．天线设计思路 由格林定理可知，天线的辐射可以看成是贴片上分布的电流元在远场的辐射的迭加。因此，想得到好的交叉极化特性需要贴片上的电流分布更规则，也就是希望贴片下能产生规整的场分布。 2.1 辐射单元形状分析 由于希望得到规整的场分布，因此双极化贴片单元常用二维对称的结构，诸如：方形贴片、圆形贴片、方环形贴片、圆环形贴片等。以下以最常用的圆形贴片及方形贴片进行分析。圆形贴片一般工作于TM11模，方形贴片则工作于基模TM01，电流分布如图1所示。 圆贴片中，偏离中轴的电流可分解为平行主极化分量与垂直主极化分量。垂直主极化分量除了在辐射正方向上左右相消，在其余方向上均会抬高交叉极化电平。另外，在探针激励 1本课题得到高等学校博士学科点专项科研基金(20050280016)；国家高技术发展研究(863计划)(2007AA12Z125)的资助。