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1、第卷第期电子科学学刊年月并行角馈双极化微带天线阵的分析与设计高式昌钟顺时上海大学通信工程系上海摘要本文提出利用双端口的并行角馈实现双极化夭线,并设计了一种新的双极化馈线网、、,络综合运用了多端口网络模型腔模理论分片法和补片法给出了各天线单元和双极化馈线网络的理论分析方法实际设计了一副频段的单层共面的四元天线阵,实测的双端口隔离度达一,其性能明显优越于通常的单层双极化微带天线阵列关键词微带天线,夭线阵列,并行角馈,双极化中图号引言现代卫星通信领域的频谱资源日益紧张,通过采用双极化天线技术,可使它的通信容量增加一倍城市内的陆地移
2、动通信中则可通过采用双极化天线实现极化分集接收,以抗多径传播现象导致的多径衰落效应雷达系统和通信的其他领域中也常常需要双极化天线。微带天线本身具有薄、轻和容易制作等优点,利用它来实现双极化阵一直是人们非常关心的问题。,一通常认为对于微带线双馈的方形贴片天线只有当两个馈电点分别位于两条垂直边,。,一一’的中点时才能获得最大的双极化隔离度其值在到左右目前国内外较多的双极化微带天线阵亦是基于此原理实现的,但这些双极化阵列的隔离度一般都只有约一左右【卜最近有报道采用双层或更多层的口径祸合结构,利用不同层的天线阵分别实现不同的极化,以
3、实现较高的隔离度,但这种天线阵结构非常复杂,制作比较困难,造价也高本文从实用角度出发,研究最简单的单层结构,采用双端口的并行角馈来实现微,、、带天线的双极化并提出一种新的双极化馈线网络基于多端口网络模型腔模理论分片法和补片法,给出该阵列的天线单元和馈线网络的分析。最后介绍一副频段的元阵的设计和测试结果双极化天线单元我们采用双端口的并行角馈方形贴片作为双极化天线阵列的单元,如图所示贴,、、‘片的两条边长度均为相对介电常数基板厚度和馈线宽度分别为和假定远小于工作波长入,故微带天线的分析可采用平面微波电路的模型根据分片法,将天线单
4、元分解为块,即块、和,如图所示。由多端口网络模型,各块周围为若干个具,。、,有一定宽度的端口紧密排列相邻块之间通过各个端口互连在块连接处称块,。、,、的各个端口为端口块边的为端口在块连接处称块块边的分别为、。,、,端口端口块可视为一正方形块减去两个三角形即块如图所示在块、连接处,块边的为端口,块的其余端口称为端口在块、的连接一一收到,一一定稿国家自然科学基金和电子部所天线与微波技术重点实验室资助项目电子科学学刊卷卧「土钊今了图并行角馈的双极化天线单元处,块边的为端口,块的其余端口为块和块的两个输出端口分别为端口。和。、,吕。
5、块为长宽的微带线利用微带线的平面波导模型得其格林函数为,心〔,、,、,,、,、,,、了口。‘工‘扮凡二凡夕军,,、。国芦气可,二、、夕气又甘工,工,一一一丁一甲一丁下尸一一二万一一一一一气气口口,‘日‘司口一吕八‘」夕,山三钾‘‘月于‘———”飞几—一山式中,二,乞,,、,,,儿凡叮‘凡’‘二‘’二—叨—乞并,。,,、计算中用二代替其具体公式见文献为求块由补片法可先求块和的,,。,夕。,阻抗矩阵块为正方形贴片由本征展开得格林函数引其表达式为上、,式中和二都用代替为考虑天线的辐射损耗表面波损耗等效应同时避免多端口网络模型中确定
6、边缘各端口电导的困难,这里采用了腔模理论中已被实验证明是较成功的做,。,,。法即用凡代替以沂不刃万元刃为初值用迭代法来确定棍其具体方法见文献,一类似地,为避免多端口网络模型中确定边缘各端口电容的困难,计算中采用。代替。。。‘。一十‘。,由其周围切向磁场为零为等效相对介电常数块为等腰直角三角形的条件得其格林函数为,‘产,,、尹,,、,、国户、。,,。。气,下,爪口气岑少气夕。芯,芯,夕一一二一,下一丁,下成万一一尸了几二,‘乙召十几了‘一社夕‘凡,‘,一飞九一田式中期高式昌等并行角馈双极化微带天线阵的分析与设计,、、·几一梅了
7、二型一。梅梅,亚气夕一不厂一—叨—切块上的端口艺和端口之间的互阻抗为、、卫、、。,,。,乞叨‘叨,。、‘。口乞口。口乞和分别为端和端的宽度和分别为沿端和的积分由式可求出块的阻抗矩阵一鲡际类似地,由式求出块、块的阻抗矩阵为,一一勒,到凳⋯到假定块的阻抗矩阵为一口通口通口且一由于结构的对称性,块和的阻抗矩阵相同利用块、、间的边界匹配条件,即切向电场和切向磁场连续,合并块、、的阻抗矩阵,将其与块的阻抗矩阵等价,得到块的阻抗矩阵,,,一,一‘、一,一‘。一了了,一‘。一“’尽此心几心此几了礴心此。。、一’了,一了一‘。,尽乙此心易心
8、」心‘’,,一了一‘。,一’二。,,尽几之心此昙。,。一’。,,一了一’。“一。,几几此乙之心几此由天线结构的对称性,块的阻抗矩阵与块的阻抗矩阵相等。将块和块、的阻抗,口矩阵依次合并最后推得两个输出端和的阻抗矩阵一一‘卜【云才」【况广【」具广」【刁才」【髯、」况广【几,异广」一‘【几。」,
