一种双频双极化微带天线的分析

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1、1绪论硕士论文起人们越来越浓厚的兴趣。这种天线在结构上有多种形式，原理上可归纳为四类：正交模双频天线、多贴片双频天线、电抗加载双频天线和小阵列双频天线(3】。馈电方法既可以选择单馈，也可以选择双馈。馈电结构也很灵活，可以选择同轴探针馈、微带线馈、耦合馈电等。获得双频工作的最容易也是最直接的方法是利用矩形贴片长、宽两边同时形成两条谐振边，对不同的频率形成谐振，在这种情况下，双频的频率比(FrequencyRatio，FR)可以贴片的长宽比衡量。这种方法获得的双频天线成本低，但极化程度较差，一般使用在极化要求不高的场合。利用电抗加载的

2、方法获得双频或多频天线是比较常见的方法，加载电抗的方法有很多，常用的有销钉加载、缝隙或槽的加载以及短截线的加载。L．Shafai等人提出一种孔径耦合的双槽微带天线结构【4I，这种结构的优点是通过改变槽的尺寸、位置、数目和方位，可以调节两个或多个谐振频率。S．K．Palit提出了一种能获得双频工作的凹槽(单槽或双槽)微带天线【3】，主贴片和凹槽各产生一个谐振频率，从而实现双频工作。这种结构比较适合于移动通信和卫星通信。近年来出现了许多实现了双频或多频基站天线单元的设计。Y．EbineIS]等人设计了一种双频工作(0．8／1．5GHz

3、)的基站天线，采用的是印刷偶极子加寄生振子的方法。F．S．Chang[6】等人设计了一种用于GSM／DCS／PCS的双频天线，该结构采用探针共面馈电且只用一个平板，在双频的基础上还实现了宽带工作。T．FukesawaI7j等人则通过在平板对称振子附近放置多个寄生振子的方法实现了一种应用于基站天线的三频天线单元(0．9／1．5／2．0GHz)与此同时，印刷结构由于其简洁紧凑的优点也被广泛地应用在双频天线的研究上。例如Y．K．Kuo[8】等人设计了新的双频印刷倒F天线，F．Tefiku[9J设计了一种有一对串联馈电印刷偶极子构成的双频

4、天线，H-D．Chen【10】设计了一个共面波导馈电的双频单极予天线等。这些结构都是采用了印刷结构。设计双频贴片天线时应特别注意其结构的简单性和设计的灵活性，另外对辐射器和双频馈电网络的布局也应该特别注意。当两个频率靠得比较近时，单个馈电网络比较实用。当两个频率离得比较远时，则需要考虑设计不同的馈电网络。设计时必须考虑它们之间的耦合，注意它们在有限空间里的布局，尤其在双极化工作时更要注意这一点。双频天线目前发展的趋势是研究大的频率比以及每个频段的宽带实现。1．2．2双极化技术的发展现状早期的极化研究始于50年代初期的雷达极化领域I

5、l¨。最早的研究者有辛克莱尔(G．Sinclair)、德尚(G．A．Deschamps)、肯瑙夫(E．M．Kennaugh)、穆勒(H．Mueller)和稍后时期的布罩舍(Brichel)。其中，Brichel提出了三参轨迹法；Kennaugh在19522硕士论文一种双频双极化微带天线的研究年提出了目标最佳极化的概念，指出存在对应于雷达收发信号最大、最小能量的雷达收发的几种极化状态，更是提出了零极化描述法，建立了雷达极化的基本理论，成为了雷达极化研究的奠基者112】。在20世纪50年代和60年代，世界范围内开始了一股极化研究的热潮

6、。最初的研究主要集中在目标和杂波的双极化测量方面，但是取得的突破都比较有限，但由于这些研究而发展的极化测量技术及极化测量仪器的研制，为以后深入研究极化也具有相当的意义。此后的很长一段时间，由于在极化研究及应用方面取得的成果极少，对极化目标依存度现象无法给出完整合理的解释，加上极化控制和极化测量的复杂性，极化研究陷入一个低潮。真正有实际应用背景的双极化方式是双线性极化、左旋圆极化和右旋圆极化。近年来，国内外的研究人员对双极化微带天线提出了一些新的设想，但对于天线单元来说，根据其结构可分为两类：单层双极化微带天线和层叠双极化微带天线【

7、3】。相图1．1两端馈电微带环天线图1．2三端馈电微带环天线Y．M．M．Antar等人提出了一种具有高隔离性的双极化微带天线【31。如图1．1所示。因为单环微带天线可以以主模(TMll)的形式工作在所的频率上，故比起一般的微带天线有可以使所需贴片的面积最小的优点。如果把两个馈电点分别放在微带环的两个对称轴上，结构本身就会产生两种线性极化，可以改善输入端的隔离性能。由于TMll模的输入阻抗较大，不宜用探针来直接馈电，而要用传输线通过接地板上的孔径耦合到辐射单元上。当该结构工作在中心频率为1．8GHz时，隔离优于1ldB，谐振频率上的

8、隔离为23．5dB。在此基础上，如果采用三个馈电点，即在与任一馈电点成180度角的环上再加一个反相馈电，如图1．2所示，同一轴上的两个馈电只支持一种极化，而对另一种极化的作用则相互抵消，从而大大提高了输入端之间的隔离性能。1．8GHz下，隔离为28