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1、第16卷第4期电波科学学报Vol.16,No.42001年12月CHINESEJOURNALOFRADIOSCIENCEDecember,2001文章编号100520388(2001)0420441206X宽带宽角圆极化微带贴片天线设计胡明春杜小辉李建新(南京电子技术研究所,江苏南京210013)摘要提出一种新的宽带宽角圆极化微带天线设计方法,在利用L探针进行近耦合馈电的基础上,通过薄介质基片加载,使贴片天线的阻抗带宽(VSWR≤2)和宽角轴比带宽(45°圆锥空域内AR≤3dB)达到20%以上,同时
2、保持了微带天线的固有优点:剖面低(厚度小于0.1中心频率波长)。利用该方法设计的试验天线的带宽达到21%,从而证实了该方法的正确性和实用性。关键词基片加载宽带宽角圆极化(BBWACP)微带天线交叉极化中图分类号TN82文献标识码ADesignofbroad-bandandwide-anglecircularlypolarizedmicrostrippatchantennasHUMing-chunDUXiao-huiLIJian-xin(NanjingResearchInstituteofElectr
3、onicsTechnology,NanjingJiangsu210013,China)AbstractAnewmethodforthedesignofbroad2bandandwide2anglecircularlypolarized(BBWACP)microstrippatchantennasispresented.Inthispaper.BasedontheproximitycoupledfeedbyusingL2shapedprobe,thebandwidthofvoltagestanding
4、2waveratio(VSWR)2andwide2angleaxialratio(AR)3dB(inthe45°conicairspace)canbemorethan20%byloadingthinsubstrates,andtheinherentmeritofthemicrostripantennas2lowsectionisretained.Themeasuredresultsshowthattheofbandwidthwide2angleaxialratio3dBandvoltagestand
5、ing2waveratio2is21%.Sothisdesigntechniqueiscorrectandpractical.Keywordsloadingthinsubstratebroad2bandandwide2anglecircularlypolarizedantennacross2polarization事实上在激励贴片下使用高介电常数基片会降低阻1引言抗带宽。裂缝耦合微带贴片天线可以获得非常宽的[1]BBWACP微带天线在车载,机载和星载天线中阻抗带宽,但随之而来的表面波和高次模激励严[
6、11]有巨大的应用潜力,但关于这类天线设计的文献很重制约了AR带宽。并且,通常的圆极化微带天少。近年来,出现了许多改善微带天线阻抗带宽的设线仅在轴向有较好的AR,要在宽角范围内产生圆[1～6]计方法,尽管一些考虑了交叉极化,遗憾的是这极化辐射,需要使电场分量EH和E<在宽角内近于些方法中能同时展宽轴比和阻抗带宽的却不多。一相等。般的方法设计圆极化微带天线仅有10%左右的带普通探针馈电需要焊接,裂缝耦合馈电易使介[7～10]宽。在文献[11]中,通过使用一层高介电常数质基板间不准直,这些不连续性易激励
7、高次模,导致[11]基片和一层低介电常数基片的两层贴片天线,使交叉极化电平升高,增大AR,而使用L探针近耦3dBAR带宽达到32%,但并未给出带内的VSWR,合馈电能避免馈电点的不连续性,并且加工容易,其X收稿日期:2001203201442电波科学学报第16卷[12]阻抗带宽也很宽。同时,发现恰当的加载高介电常数薄基片并结合空气层可以抑制高次模和表面波的激励,并对已产生的高次模和表面波有束缚作用,从而在宽角范围内改善交叉极化电平,加上使用四个L探针的平衡馈电方式,使得EH和E<在宽角范围内近于相等
8、,所以拓宽了宽角AR带宽。另外由于加载低介电常数基片(激励贴片以下)而增加的自由度可以调整阻抗带宽。事实上这种结构能使天线电气性能达到宽带的同时,仍然保持薄的电气厚度,从而获得非常好的宽角AR。由于其宽带宽角圆极化特性,也非常适合作为阵列天线单元。2理论分析与设计因为有众多相互作用的设计参数,很明显仅凭经验设计是不可能的,或许可利用计算机进行优化设计,但全波分析的数值解法需要大量的运行时间,(a)宽带宽角圆极化微带贴片天线结构示意图且编程工作十分繁重,所以在本文中采用
