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(qiáng)

(江西理工大學(xué) 信息工程學(xué)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(yīng)用于無線局域網(wǎng)、射頻識(shí)別技術(shù)以及衛(wèi)星通信等領(lǐng)域[1-2]。由于現(xiàn)代各種無線通信系統(tǒng)都要求具有寬帶高速的信息處理能力,因此,對(duì)寬帶圓極化天線的研究有重要價(jià)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(wǎng)絡(luò)[3]、選用厚介質(zhì)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(shè)計(jì)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(yōu)點(diǎn),它常被用于將線極化波轉(zhuǎn)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(qū)動(dòng)貼片產(chǎn)生一個(gè)諧振模式,帶有寄生元件的超表面激發(fā)兩個(gè)額外的諧振模式,聯(lián)合諧振使天線具有11.9%的軸比帶寬。Zhao 等[12]設(shè)計(jì)了一種由4×4 的H 型超表面和正十字縫隙耦合饋電結(jié)構(gòu)組成的超表面天線,微帶線斜45°饋入十字縫隙將三個(gè)特征模式兩兩激勵(lì)實(shí)現(xiàn)寬帶圓極化,獲得了14.3%的3 dB 軸比帶寬,但是饋電結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程復(fù)雜。此外,超表面還被用作反射器,Chen 等[13]設(shè)計(jì)了一種基于極化旋轉(zhuǎn)反射表面(PRRS)的寬帶圓極化天線。PRRS 有兩個(gè)極化旋轉(zhuǎn)頻點(diǎn),通過調(diào)整超表面單元截?cái)嘟堑某叽?拉近兩相鄰頻點(diǎn)實(shí)現(xiàn)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(duì)于理想的無限延伸的周期結(jié)構(gòu)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(duì)于超表面天線,由于單元數(shù)量有限,且與饋電縫隙存在耦合,這兩種方法并不適合。……