一種S波段寬帶雙圓極化天線設計

陳　明，李　磊，馮文文（中國電子科技集團公司第三十八研究所,合肥　230088）

一種S波段寬帶雙圓極化天線設計

陳明，李磊，馮文文
（中國電子科技集團公司第三十八研究所,合肥230088）

摘要：本文設計了一種新型寬帶高增益雙圓極化天線，該天線采用圓形罩杯和多個金屬圓盤貼片相結合的層疊結構。通過改變圓形罩杯和金屬圓盤貼片直徑的大小來調節天線單元的增益以及天線的阻抗帶寬，得到了良好的效果。天線通過四點正交饋電方法實現圓極化輻射。饋電網絡采用具有低損耗特性空氣板線形式的90o電橋和180o環形電橋組成。通過激勵90o電橋兩個輸入端口實現天線左右旋圓極化變換。采用商業仿真軟件HFSS對天線結構尺寸進行優化設計，仿真結果表明該天線具有結構形式簡單、增益高、帶寬寬、軸比性能好等優點。該天線適合用于一些小角度掃描的相控陣天線系統。

關鍵詞：圓極化；寬帶；高增益；軸比

1　引言

本文設計了一種通過四點正交饋電的高增益罩杯天線，該天線采用圓形罩杯和金屬圓盤貼片相結合。通過多個圓盤貼片諧振在不同的頻點來展寬天線的阻抗帶寬，同時利用不同尺寸的反射罩杯來改變天線單元增益。天線的饋電網絡由一個90o電橋和兩個180o環形電橋組成。通過HFSS對天線單元結構尺寸進行優化分析，結果表明天線的S11在工作帶寬（2Ghz-2.3Ghz）范圍內小于15dB。天線方向圖法向軸比在±13o范圍內小于1.5dB，增益大于14dB。這種結構的圓極化天線在一些小角度掃描相控陣天線系統具有廣泛的應用前景。

2　圓極化輻射單元設計

天線結構形式如圖1所示分為2個部分。上層為罩杯天線，下層為天線的饋電網絡。罩杯天線為4層結構，上3層為輻射金屬圓盤，最下層為金屬反射罩杯。輻射金屬圓盤通過一個金屬圓柱支撐桿串連起來。罩杯天線的4個饋電點位于最下層的金屬圓盤貼片。為了實現罩杯天線輻射場的左右旋圓極化可變，天線的饋電網絡采用具有低損耗特性空氣板線形式的90o電橋和180o環形電橋組成如圖2所示。通過激勵90o電橋不同輸入端口實現輸出端口相位0o、90o、180o、270o和270o、180o、90o、0o變化。

通過HFSS對天線單元優化仿真。優化后的模型如圖1所示。天線結構參數如表1所示。圖2分別給出了天線單元輸入端口的S11參數、遠場方向圖、軸比特性的仿真結果。可以看出罩杯天線輸入端口S11在整個工作帶寬（2Ghz-2.3Ghz）范圍內小于-16dB，兩個輸入端口之間的隔離度小于-12dB。軸比在±13o范圍內小于1.2dB。

圖1　天線單元及饋線仿真模型

表1　罩杯天線結構尺寸

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

圖2　罩杯天線端口駐波圖、方向圖、軸比圖

3　結論

本文設計了一種可用于小角度掃描的寬帶高增益雙圓極化天線。該天線采用四點饋電，饋電網絡采用具有低損耗特性空氣板線形式的90o電橋和180o環形電橋組成。通過對天線單元的仿真，結果表明該天線在工作帶寬（2Ghz-2.3Ghz）范圍內天線S11小于-15dB、增益大于14dB、軸比在±13o范圍內小于1.5dB。該天線可廣泛應用于小角度掃描的相控陣天線系統。

參考文獻：

[1]鐘順時.微帶天線理論與應用[M].西安：西安電子科技大學出版社,1991:215-266.

[2]趙麗娟,邵曉亮,鄒永慶.一種新型寬帶圓極化微帶天線的設計[J].現代電子技術,2009(24):91-92．

[3]胡明春,杜小輝,李建新.寬帶寬角圓極化貼片天線的實驗研究[J].電子學報,2002,30(12):1888-1890．

作者簡介：陳明（1983—），男，安徽霍邱人，博士學位，工程師，微波陣列天線技術研究。