基于特征模式分析的寬帶圓極化超表面天線

譚祥俊,盧忠亮,宋 謙,彭 強

(江西理工大學 信息工程學院,江西 贛州 341000)

圓極化天線能抑制極化失配和減小多徑干擾,因而被廣泛應用于無線局域網、射頻識別技術以及衛星通信等領域[1-2]。由于現代各種無線通信系統都要求具有寬帶高速的信息處理能力,因此,對寬帶圓極化天線的研究有重要價值。

提高圓極化天線的軸比帶寬的主要方法包括采用雙饋或多饋網絡[3]、選用厚介質板[4]、加入寄生貼片[5],然而這些方法增加了天線的幾何尺寸和分析設計難度。超表面是一種二維超材料,具有易于制造、低剖面、可以拓展天線帶寬等優點,它常被用于將線極化波轉換成圓極化波[6],隨之各種寬帶圓極化超表面天線被提出[7-10]。Zheng 等[11]提出了一種單饋圓極化超表面天線,截角方形驅動貼片產生一個諧振模式,帶有寄生元件的超表面激發兩個額外的諧振模式,聯合諧振使天線具有11.9%的軸比帶寬。Zhao 等[12]設計了一種由4×4 的H 型超表面和正十字縫隙耦合饋電結構組成的超表面天線,微帶線斜45°饋入十字縫隙將三個特征模式兩兩激勵實現寬帶圓極化,獲得了14.3%的3 dB 軸比帶寬,但是饋電結構設計過程復雜。此外,超表面還被用作反射器,Chen 等[13]設計了一種基于極化旋轉反射表面(PRRS)的寬帶圓極化天線。PRRS 有兩個極化旋轉頻點,通過調整超表面單元截斷角的尺寸,拉近兩相鄰頻點實現了寬帶效果,但該天線存在空氣層,剖面較高。在超表面的分析方法方面,對于理想的無限延伸的周期結構超表面,可用等效電路[14]和色散曲線[15]兩種方法來分析,但對于超表面天線,由于單元數量有限,且與饋電縫隙存在耦合,這兩種方法并不適合。……