基于印刷振子和微带贴片的双极化天线单元研究

发布时间：2019-11-05 15:16

【摘要】：该文基于互补天线的原理,研究了一种基于印刷振子和圆形微带贴片的双极化天线单元,其中印刷振子为电流辐射源,圆形微带贴片等效为磁流辐射源,它们分别组成了两个极化端口,在空间形成双极化的辐射场。采用全波电磁仿真技术对该天线结构进行了电磁仿真和优化设计,仿真结果表明,在工作频带范围内,所设计的双极化天线的隔离度达到22 d B以上,在主辐射方向的交叉极化电平低于-20 d B。加工了双极化天线单元并进行了测试,其电压驻波比、端口隔离度和交叉极化电平均满足双极化天线的技术指标要求,验证了该双极化天线设计的可行性。
【图文】：

方向图,环天线,缝隙,双极化天线

1766电子与信息学报第39卷图1缝隙环天线图2双极化天线的结构模型和参数定义图2给出了印刷振子天线和圆形贴片天线的结构参数定义，采用电磁仿真软件对天线的结构参数进行了优化，最终得到满足要求的参数为：w_gnd=44mm,w_monopole=2mm,d1=4.75mm,d2=6.5mm，圆形贴片的直径为22mm。印刷振子馈电点距离地板边缘5.05mm，圆形微带贴片天线的馈电点距离贴片中心3.2mm。对双极化天线的电压驻波比和端口隔离度进行了仿真计算，结果显示：在4.95~5.05GHz范围内，两个极化端口的电压驻波比均小于2，极化端口的隔离度大于20dB；在中心频点5GHz处，端口1和端口2的电压驻波比分别为1.19和1.25，端口隔离度为26.9dB，带宽约为100MHz；印刷振子端口阻抗带宽范围为4.9~5.1GHz，圆形贴片天线端口阻抗带宽范围为4.9~5.15GHz，整个双极化天线的工作频带为4.95~5.05GHz，频带内端口隔离度大于23dB。对双极化天线在中心频点5.0GHz处的远场辐射方向图进行了计算，计算结果为：端口1的增益约为7.5dBi，主辐射方向的交叉极化电平低于-28dB,E面和H面的波束宽度均为74°。端口2的增益在中心频点约为5.1dBi，主辐射方向的交叉极化电平低于-20dB，在中心频点处的E面方向图波束宽度约为60°,H面方向图波束宽度约为117°。4基于印刷振子与圆形微带贴片的双极化天线的测试与性能分析根据设计结果，加工组装了双极化天线样件，如图3(a)所示。该天线电压驻波比和端口隔离度的测试结果分别如图3(b),3(c)和3(d)所示，在中心频

特性测试,和电路,天线,照片

第7期许群等：基于印刷振子和微带贴片的双极化天线单元研究1767图3天线照片和电路特性测试结果点上，端口1和端口2的电压驻波比分别为1.75和1.76，实测结果比仿真结果略大；两个极化端口之间隔离度大于20dB的带宽大于100MHz，与仿真结果近似。经分析认为，实测结果和仿真结果之间的差异主要是由加工精度因素引起的。在微波暗室中对天线方向图进行了测量，，图4和图5给出了中心频点的测试结果。可以看出，该双极化天线有效形成了辐射方向图，极化端口1的E面和H面波束宽度接近，约为60°；极化端口2的H面波束宽度大于E面的波束宽度。在主辐射方向上，两个极化端口的交叉极化电平都低于-20dB，与仿真结果接近，能够满足实际工程的需要。测试结果验证了本文设计的天线结构的正确性，同时也表明了基于电磁辐射源的双极化天线设计方案的有效性。5结论双极化天线单元作为双极化数字阵列雷达天线图4极化端口1的实测方向图图5极化端口2的实测方向图

【参考文献】