差分饋電園極貨艙微帶天線的設計

張一治 張曉波

（西安電子科技大學理學院，陜西 西安 710071）

差分饋電園極貨艙微帶天線的設計

張一治 張曉波

（西安電子科技大學理學院，陜西 西安 710071）

設計一種中心頻率在2GHz，帶寬為300MHz的圓極化微帶天線。在設計中采用雙層貼片來增大3-dB軸比帶寬，差分饋電的方式使天線的方向圖具有較好的對稱性。該設計的新型天線，阻抗帶寬可以達到39.5%。低交叉極化水平保持不變，使得天線的極化純度較高，并且3-dB軸比帶寬達到了中心頻率的15%。另外，在操作頻帶范圍內，天線的增益是很穩定的，大約是8.7dBi。

圓極化；差分饋電；天線

（一）使用HFSS軟件設計天線

HFSS采用的理論基礎是有限元方法，是一種基于微分方程的方法，其解是頻域的，由頻域解可得到時域解，擅長于設計各種輻射器以及求本征模問題。

微帶天線產生圓極化波的關鍵是產生幅度相等，相位相差90°的兩個線極化波，本模型采用雙饋電形成差分饋電的雙層貼片微帶天線來實現圓極化輻射。如圖1和2所示，兩個饋電點激勵產生兩個極化正交的簡并模，由饋電網絡保證兩模的振幅相等，相位相差90°，由此實現圓極化。在這里，180°的功率分配器形成差分饋電的方式，使單一的輸入信號變為兩個相位相差180°的輸出信號，如圖3所示，由此得到的圓極化天線的方向圖具有較好的對稱性。

選定的初始參數為：

圖3 180°相移的功分器模型

圖4 差分饋電圓極化微帶天線模型

（二）仿真結果分析

用HFSS軟件對圖4所示的差分饋電圓極化微帶天線的模型進行模擬仿真，分別得到其反射系數 S，軸比 AR，增益、駐波比以及方向圖結果如下：

圖5 S參數曲線圖

圖6 AR參數曲線圖

圖1 圓極化微帶天線俯視圖

圖2 圓極化微帶天線結構主視圖

圖7 增益曲線圖

圖8 VSWR曲線圖

圖9 Phi=0°左旋圓極化方向圖

圖10 Phi=0°右旋圓極化方向圖

綜合圖 5和圖 6的結果，天線的工作頻率范圍是1.86GHz-2.16GHz，帶寬為0.3GHz，滿足設計要求。由天線的模擬仿真結果可以看出，該差分饋電圓極化天線模型的圓極化輻射產生在 1.86GHz-2.16GHz頻率范圍內。天線模型具有較寬的軸比帶寬 （300MHz），方向圖具有較好的對稱性。

（三）結束語

在當今的通信系統中，對微帶天線的性能的要求越來越高，其窄帶寬的缺點使其在某些應用方面受到了限制，因此，本文針對微帶天線帶寬較窄的缺點，進行了帶寬展寬的天線設計。本文設計了一種中心頻率在2GHz，帶寬為300MHz的圓極化微帶天線。在設計中，差分饋電由一對金屬折疊板實現，這使得天線的方向圖對稱性較好，而由于雙層貼片的中心頻率不同，所以兩者的輻射頻率相互重疊，從而展寬了帶寬。仿真結果表明，本文設計的天線的模型在圓極化操作頻帶范圍內，具有較高的增益，且增益主要穩定在8.7dB。由于這種設計模型具有較好的天線輻射模式以及寬帶特性，因此可應用在現代無線系統中。

[1] 李明星,張廣求.微帶天線的設計綜述[J].Radio Engineering,2003,vol.33,NO.11.

[2] 廖承恩.微波技術基礎[M].西安電子科技大學出版社,2005:113-124.

[3] 齊健,李志勇,范中國.寬頻帶和雙頻帶天線的應用研究[J].航空兵器,2006(10).

[4] 高向軍,王光明,朱莉,梁建剛.寬帶圓極化微帶天線的設計[J].無線電通信技術,2007,(1).

[5] 薛睿峰,鐘順時.微帶天線極化技術概述與發展[J].電波科學學報,2002(8).

TN820.1+1

A

1008-1151(2011)05-0039-01

2011-02-26

張一治（1989－），男，山西人，西安電子科技大學理學院碩士生，研究方向為目標激光散射特性測量與理論建模；張曉波（1986－），男，安徽人，西安電子科技大學理學院碩士生，研究方向為目標激光散射特性的研究。