圓極化微帶陣列天線的設(shè)計

天線系統(tǒng)作為無線通信系統(tǒng)中的一個關(guān)鍵的部分，其特性的好壞直接影響著整個通信系統(tǒng)的工作性能。無論是在軍事國防還是民用通信領(lǐng)域，對于天線單元及陣列的阻抗帶寬、方向圖、極化和增益特性都提出了更高的要求。在實(shí)際應(yīng)用中，往往要求天線具有高增益、高功率、低旁瓣、波束掃描或波束控制等特性，采用某種形式的陣列天線則較容易獲得這些特性，因此，陣列技術(shù)在實(shí)際中獲得了廣泛的應(yīng)用。

1 微帶天線的設(shè)計
    本文設(shè)計的微帶陣列天線的主要指標(biāo)是：工作頻率在2．4～2．5 GHz；天線極化方式為圓極化；天線增益>10 dBi；駐波<1．5；方向圖E面波瓣寬度和面波瓣寬度>25°；尺寸約為400 mm×400 mm。
1．1 微帶天線單元
    天線單元采用雙饋電點(diǎn)的正方形貼片的微帶結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)圓極化特性。同時，通過介質(zhì)層(相對介電常數(shù)2．65)的厚度，可以實(shí)現(xiàn)天線單元工作帶寬的展寬。
    利用HFSS軟件，獲得天線單元的最終結(jié)構(gòu)尺寸，其仿真模型，如圖1所示。介質(zhì)層高度為4／mm，輻射貼片邊長35．25 mm，可根據(jù)正方形經(jīng)典天線的設(shè)計公式L=0．5 λg-2△l得到。

1．2 天線單元饋電網(wǎng)絡(luò)設(shè)計
    根據(jù)天線雙饋電點(diǎn)的特性設(shè)計天線的匹配網(wǎng)絡(luò)。圓極化方式采用雙饋電點(diǎn)，兩個饋電端口所輻射的TM01模和TM10模，在貼片輻射方向形成來年各個正交分量，相差π／2，選擇適當(dāng)?shù)募铑l率，可以使兩個模式同時被激勵，從而得到一個圓極化輻射場，所以饋電網(wǎng)絡(luò)采用Wilk-inson功分器，移相器采用普通微帶傳輸線。利用微帶傳輸線移相的特性，使功分器終端得到兩個等幅，相位相差π／2的電場。

    天線單元加饋電后行進(jìn)了仿真得出了單元天線在工作帶寬內(nèi)的端口反射系數(shù)和阻抗特性，分別得到如圖3和圖4的結(jié)果。圖3可以看出加饋電后天線端口的反射系數(shù)在工作頻段內(nèi)均<-30 dB，對應(yīng)駐波≤1．06。圖4可以看出加饋電后天線在中心頻率上的輸入阻抗為49．4-j0．35 Ω。

1．3 陣列天線的設(shè)計和仿真結(jié)果
    前面已經(jīng)得到設(shè)計單元天線的特性，本文采用4個單元天線組成陣列天線，并在HFSS中建模，如圖5所示，并且對該天線的電特性進(jìn)行仿真分析。

    從圖6可以看出陣列天線的VSWR在工作頻段內(nèi)均<1．2。

    如圖7所示，陣列天線在2．40 GHz的增益為13．8 dBi，xoz面半功率波束寬度為35°，yoz面半功率波束寬度為34°。
    如圖8所示，陣列天線在2．45 GHz的增益為13．85 dBi，xoz面半功率波束寬度為34°，yoz面半功率波束寬度為34°。

    如圖9所示，陣列天線在2．50 GHz的增益為13 dBi，xoz面半功率波束寬度為34°，yoz面半功率波束寬度為33°。

2 結(jié)束語
    本文研究了圓極化微帶陣列天線的設(shè)計，仿真結(jié)果滿足：極化方式為圓極化方式，圓極化帶寬為2．4～2．5 GHz，波束寬度為33°～35°，增益>13 dBi，駐波<1．3。具有一定的工程應(yīng)用價值，同時還有一些問題需要更進(jìn)一步的探討和研究。