基于siw馈电的宽带圆极化微带天线与其阵列的设计与分析

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1、南京邮电大学硕士研究生学位论文第一章绪论口图1．1单馈点圆极化微带天线(2)正交馈电的单片圆极化微带天线可利用两个馈点来馈电微带贴片天线，以激励一对极化正交的简并模。由馈电网络来保证圆极化工作条件，ap-．模振幅相等，相移90。。最简单的实现方法是采用T型分支，如图1．2所示，使二支路有四分之一波长的路径差。为此要保证各支路传行波。由于二支路的电抗补偿作用，这种设计的驻波比带宽要比普通矩形贴片宽，大约是两倍或更大[2】。，但其圆极化带宽较窄。⑦一圈化．亿图1．2正交馈电的圆极化微带天线(3)由曲线微带线构成的宽频带圆极化微带天线前面的几种圆极化天线都是窄频带的。这是因

2、为微带贴片相当于开放式的谐振腔，尽管有较强的辐射，它仍然是Q值较高的谐振系统。因此，为了获得宽频带的圆极化微带天线就要避开这种基于谐振系统的辐射。曲线微带辐射的微带天线，是一种结构紧凑的宽频带圆极化微带天线，结构如图1．3所示【3】。④b图1．3曲线圆极化微带天线(4)微带天线阵构成的圆极化微带天线利用多个线极化辐射元也可形成圆极化辐射。其原理和多馈点设计相似，只是将每一馈点都分别对一个线极化辐射元馈电，如图1．4为二元情况，在边射方向(8=0。)上二元南京邮电大学硕士研究生学位论文第一章绪论的辐射场极化正交而相移90。且等幅，可获得圆极化场。但，对于Xz面上偏离9=

3、0’轴方呵／i-l-皆～三=篡：葚_1．-。t蓦．sinOm)m·，6+(1+(1—11cosom)c≈九g{1±圭taIn叫(了_==暑))1．2课题国内外研究动态图1．5折线型圆极化微带天线1．2．1宽频带圆极化微带天线的研究普通微带圆极化天线带宽一般只有1-2％。关于提高微带天线的改进目前也已经提出了不少改进方法。4南京邮电大学硕士研究生学位论文第一章绪论文献[6]采用单馈点型堆叠电磁耦合式圆极化微带天线，采用了双层的结构，如图1．6。通过特定的系统性设计步骤，可以获得相当好的圆极化性能，输入阻抗带宽(VSWR<=2)近43％，3dB轴比带宽约为8％。。反向放置

4、的寄生贴上d：—r。(1，”—jL—T幽I地面图1．6双层结构圆极化微带天线文献[7】同样采用的是多层结构，区别在于该天线采用的是L型探针馈电，如图1．7。L型探针一端与地连接，另一端弯折通过电磁耦合给辐射单元馈电。同时另一个探针与一个开关连接，控制着天线的极化，即左旋、右旋。该天线的阻抗带宽以及3dB轴比带宽都在10％左右。图1．7L探针馈电圆极化贴片天线文献[8】采用4单元90。顺序旋转阵列构成了高性能的圆极化微带天线，如图1．8所示。该圆极化天线的每个单元采用的是如图的结构，同样是单馈电型堆叠式天线，不同的是顶部的贴片改成了圆盘形。该天线的3dB轴比带宽近19．

5、5％，并且在主方向很大的角度内都具有很好的圆极化性能。抽’舢图1．890。顺序旋转阵列圆极化微带天线35南京邮电大学硕士研究生学位论文第一章绪论1．2．2低损耗阵列馈电网络的研究微带天线阵是应用最广泛的天线之一，它具有体积小、重量轻、低剖面、能与载体共形等优点。微带天线阵的馈电方式主要有两种形式：微带线并联馈电和微带线串联馈电。微带线构成的馈电网络存在着欧姆损耗、介质损耗、寄生辐射损耗和弯折处损耗等缺点。因此，近几年，利用低损耗馈电线来代替或部分代替微带馈电网络技术方面已有了不少研究。文献[5】提出了一种采用波导缝隙和微带线共同给X波段微带贴片天线阵馈电的新型馈电方式

6、，如图1．9所示。由于波导是损耗很低的一种传输线，用波导代替部分微带线对微带天线阵馈电无疑能减小微带传输线的长度，降低馈线损耗，使效率提高。作者制作了40单元的该类型馈电阵列，实测结果表明，其效率可达68％。图1．9波导馈电微带天线阵因为空心金属波导具有极低损耗的特性，利用空心金属波导传输线代替或部分代替微带线馈电网络能很大幅度的降低馈线损耗，但，这类波导馈电网络严重地违背了微带天线低剖面的优点，而且，在与平面电路无缝集成方面更显得捉襟见肘。在低损耗的基础上，低剖面的微带天线馈电网络应用将更有优势。印刷电路板波导(PCB．wG)技术不仅具有类波导的低损耗传输线的优点，

7、而且能很容易实现与印刷电路板(PCB)的无缝集成。文献[42】采用SIW结构的传输线，实现对微带天线阵列的低损耗馈电，但，由于其结构复杂，具有很大的应用局限性。文献[211设计了一种双层结构的低损耗微带阵列天线馈电网络，其中底层为馈电网络，上层为阵列天线，结构简单。本设计也是在此基础上展开了新的研究。1．3研究方法介绍微波元器件的设计越来越复杂，各种新型天线层出不穷，结构千差万异。若仍然借助传统的解析计算方法或单纯的工程估算、结合实验调试，不仅繁琐耗时、工作量巨大，而且成本高昂、效率低下，精度有限。所以使用微波CAD软件进行天线的设计已经成为微6I南