一种新型宽带圆极化微带天线的设计

微带天线其基片厚度与波长相比一般很小，因而它实现了一维小型化。与普通微波天线相比，微带天线剖面薄，体积小，重量轻，易共形，便于获得圆极化，但是频带窄，性能受基片材料影响大。到目前为止，展宽微带天线频带的途径有以下几种：

(1)降低等效谐振电路Q值，即增大基片厚度h，降低基片相对介电常数εr等；

(2)修改等效电路：附加寄生贴片、采用电磁耦合馈电等；

(3)附加阻抗匹配网络；

(4)其他途径：如改变贴片形式、加变容管、利用行波阵或对数周期结构。

上述(1)的方法比较容易实现，但是参数选择超过一定范围后会激起高次模，会使天线的方向图恶化以及会增加天线的辐射损耗。(2)的方法则需要天线采用多层结构，占用的空间较大。(3)、(4)的方法也在不同程度上使天线的结构复杂化。在近期的一些文章中有新的展宽带宽的方法，文献[2]中采取在圆形贴片上开槽，并采用阵列的形式实现宽带圆极化的特性；文献[3-5]中采取缝隙耦合馈电，实现圆极化；文献[6-8]中使用双馈网络实现宽带，馈电网络比较复杂；文献[9]中利用容性探针近耦合馈电的基础上，通过平衡馈电，实现宽带宽角圆极化；文献[10]中采用双频实现宽带；文献[11]则总结了宽频带天线的实现方法。这些方法都在一定程度上展宽了微带天线的带宽，但是结构都比较复杂，对设计和加工都增加了一定的困难。所以，这里从结构简单的角度考虑，研究并设计一种新型单馈单片宽带圆形微带天线，其驻波比VSWR≤2阻抗带宽达到12％，轴比带宽为3％。该天线的缺点是轴比带宽没有得到很大的提高，在以后的设计中有待进一步研究改进。

1 宽带圆极化天线的理论分析

本文实现宽带的方法是使微带天线工作于双频段。通过选择恰当的馈电点以及两个切口之间的距离，能够激励起两个工作于不同频率的正交谐振模，因而形成两个谐振电路，具有两个谐振频率。经过微调使得两个谐振频率适当接近，结果形成频带大大展宽的双峰谐振电路。这种结构的优点是只用一个馈电就能同时匹配两个不同谐振频率下的输入阻抗，从而达到简化结构的目的。实现圆极化的基本原理是：产生两个空间上正交的线极化电场分量，并使二者振幅相等，相位相差90°，天线结构正是以此为根据设计而成。天线结构如图1所示。



2 天线设计



图4为两个切角的角度间隔δ将影响两个频率的谐振点，通过反复的实验仿真可得角度相差80°为最佳。图5为馈电点的不同位置会产生不同的输入阻抗，若要使该天线的带宽变大，必须使输入阻抗与天线的特性阻抗相匹配。图6，图7为天线的E面和H面的方向增益图，从这两个图可以看出该天线为圆极化天线。图8为天线的轴比图，在8.33～8.59 GHz范围内为圆极化。


3 结  语

通过对宽带圆形圆极化微带天线的研究，在设计方法上做了一些总结和创新，如采用非对称切角，馈电点的选择，从而获得较宽的带宽，并实现圆极化。此研究对圆形圆极化微带天线的设计极其有用，提供了一种切实可行的宽带圆形圆极化微带天线的设计方法。