一種小型化圓極化微帶天線的設計

趙麗蓉 王洪濤

（1.吉林師范大學博達學院 吉林省四平市 136000 2.北京愛科迪通信技術股份有限公司 北京市 100070）

1 引言

天線是接受信號和發射信號的重要部件，改善其性能，對于雷達、無線通信系統、電子對抗等方面有著重要的意義[1]。很久以來，微帶天線因為其特有的特性如：體積比較小，成本低廉，饋電方式靈活多樣，易于與有源器件集成一體等優點[2]，而具有廣泛的應用前景。微帶天線單元的增益通常約為6dB[3-4]，因此常用微帶單元組成陣列天線，以得到更大的增益。圓極化微帶天線又以其特有的特性，在通信系統中有著廣泛的應用[5]。

本次設計了一種新的微帶圓極化天線，其單元的位置可以適當的自由變化，對于極化匹配更加容易。通過電磁仿真，該天線的S參數、軸比等特性指標滿足設計需求，且該天線有易加工，尺寸小，安裝方便等優點。將在通信技術領域具有一席之地。

2 天線設計及仿真結果

2.1 微帶功分器的設計

組成混合左右手傳輸線的方式有兩種，一種是分布式元件構成的，一種是集總式元件構成的[6]。在本文選擇了分布式元件的方式即串聯交指電容和并聯短路電感組成。傳統的串聯型功分器需要用一個波長來使得輸出端口的相位保持一致，而本次設計的功分器僅需要四分之一的波長就可以達到讓輸出端口的相位保持一致，大大減少了尺寸。

本次使用的介質板的介電常數和厚度分別為2.65 和1 毫米。其單元結構如圖1所示，利用阻抗變換使其與結構進行匹配。由圖2可知，該功分器有四個輸出端口分別是輸出端口1、輸出端口2、輸出端口3、輸出端口4。而每個輸出端口的幅度基本相等，相位保持一致，各端口的隔離度也滿足要求。輸入端口通過微帶線比較容易匹配到50 歐母。通過軟件進行仿真設計，設計結果基本與理論分析相近。其仿真結果如圖3所示，頻率從5.6GHz 到6GHz 在四個端口上其幅度和相位基本保持一致，各端口相位差小于10 度，幅度差小于0.8dB，仿真結果與預期基本一致，該功分器在天線饋電網絡中有很好的應用。

圖2：1:4 功分器

圖3：功分器仿真結果

2.2 圓極化天線的設計

如圖4所示，圓極化天線僅有一個饋電點，四個微帶貼片在位置上旋轉90 度，其單元之間的相位差90 度，可以是0 度，90 度，0 度，90 度，也可以是0 度，90 度，180 度，270 度[7-8]。在本次設計中我選擇第二種。通過對四個單元位置的旋轉以及相位的調整，我們就能夠得到左旋或者右旋圓極化天線。

圖4：圓極化陣列天線

通過電磁仿真軟件如HFSS 進行仿真，我們得到天線的一些特性指標，其S 參數，軸比AR，以及輻射的圖分別是圖5，圖6，圖7。

圖5：S 參數

圖6：軸比AR

圖7：輻射方向圖

頻率在5.6GHz-6.1GHz 之間S 參數均滿足條件，即阻抗匹配很好，在中心頻率5.8GHz 時軸比為1.3dB，滿足圓極化天線要求。

3 結論

本次設計的單饋電點的2×2 圓極化天線，主要是結合了混合左右手材料設計的饋電網絡，使得陣列天線的尺寸大幅度減小。其該天線的阻抗帶寬(駐波比小于2）超過400MHz，軸比帶寬（軸比小于3）大約為50MHz，增益大約為10dB。