双圆极化微带天线的设计图文精.docx
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双圆极化微带天线的设计图文精
双圆极化微带天线的设计-图文（精）
第25卷第2期2010年4月
电波科学学报
CHINESEJoURNALoFRADIoSCIENCE
V01.25,No.2
April,2010
文章编号1005—0388（201002一0393—05
双圆极化微带天线的设计
薛欣张福顺冯昕罡冯睿
（西安电子科技大学天线与微波技术国家重点实验室.陕西西安710071
摘要研究了小型化双圆极化微带天线的设计方法。
重点讨论了实现双圆极化、宽波束宽度微带叠层天线小型化的实现方法,并利用仿真软件进行仿真分析,在此基础上研制了样件,对其电性能进行了测量,测量结果表明:
此微带天线具有圆极化、宽波束宽度和小型化的特点。
关键词圆极化;宽波束宽度;小型化;微带天线
中图分类号TN821+.1文献标志码A
1.引言
微带天线的优点是体积小、重量轻、低剖面,其主要缺点是带宽很窄。
一般工程中要使微带圆极化天线兼顾双圆极化、宽波束宽度和小型化的特点具有一定难度,在此工程背景上进行了研究,使天线能同时工作在两个离散的频率点,产生不同旋向的圆极化特性[1]。
由于圆极化天线带宽很窄,加工时,尺寸稍有误差,便使得圆极化特性变差。
采用双馈点馈电,增加天线的对称结构,改善了圆极化特性,最终利用经验公式和仿真软件,设计了工作在两个不同频率点,不同旋向的圆极化天线,并采用高介电常数的介质板来减小天线尺寸,和展宽波束宽度[2喝]。
2.微带天线的设计
天线的设计要求为天线安装在边长为48mm,四周倒圆角的方形底座上,分别工作在L波段和S波段,其电压驻波比VSwR≤2,轴比AxialRatio≤2dB。
工作频率L波段时产生左旋圆极化波,工作频率S波段时产生右旋圆极化波。
采用多层重叠的微带天线实现双频双圆极化特性,该优点是便于工程实现和加工。
为了减小天线的尺寸和展宽辐射波束宽度,采用介电常数为9.8的陶瓷介质,厚度为2mm,工作频率在S波段的上层,工作频率在L波段的下层。
高频天线工作的时候下层的天线充当了地板;当低频天线工作时,高频天线因为尺寸小,减小了对低频天线的影响。
同时
收稿日期:
2009一05—24
联系人:
薛欣E-mail:
xuxwindy@改变天线的形状,改善波束宽度范围内的圆极化特性。
如图1所示。
圆极化方式采用双馈电点,两个馈电端口所辐射的TM们和TM。
。
模,在贴片辐射方向形成两个正交分量,相差,c/2,选择适当的激励频率,可以使两个模式同时被激励,从而得到一个圆极化辐射场,选择适当的相差,使得上层辐射右旋圆极化场,下层辐射左旋圆极化场。
（b侧视图
图1天线结构
2.1贴片的设计
设计贴片时,先根据正方形贴片天线的经典公
式设计天线单元其初边长L。
394电波科学学报第25卷
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根据式（1式（2计算出天线的初始尺寸,采用
高介电常数介质,以减小天线尺寸和展宽波束宽度,
增加天线的对称结构,以改善圆极化特性,再利用仿
真软件,优化天线的尺寸[7剖。
2.2馈电网络的设计
馈电网络采用双馈点馈电,如图2所示,高频功
分器和低频功分器分开工作,其功分器部分采用
Wilkinson功分器,移相器采用普通微带传输线。
利用微带传输线移相的特性,使功分器终端得到两
个等幅,相位相差丌/2的电场。
图2功分器结构
3.仿真及实验结果
3.1仿真分析
对图l所示天线结构和图2所示功分器,利用
AnSoftHFss软件进行仿真优化设计,具体尺寸为
1天线大小L51—26.8mm,Ls2—18mm;
2介质板介电常数￡一9.8;
3介质板尺寸Lm一48rnm,厚度H2一H1—2nⅡn。
利用以上尺寸,建立模型仿真结果如图3~图4所示,图3为天线的电压驻波比系数（VSWR,图4为天线辐射方向图,其中。
度方向为天线辐射面法线方向。
由图3、图4可以看出天线的两个工作频率VSWR≤2、最大辐射方向轴比AxialRatio≤2dB,^一1.616GHz时3dB波瓣宽度为115。
^=2.49lGHz时3dB波瓣宽度为120。
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图3天线电压驻波比系数
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图4天线仿真归一化方向图
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双圆极化微带天线的设计
395
3.2实验结果
根据天线的设计和仿真尺寸,加工出小型化微带天线的实物样件,样件尺寸为48
mm×48
mm,并对样件进行了电测量,图5为双频双圆极化微带天线的实物样件和使用HP8753D矢量网络分析仪测量天线的电压驻波系数（VSWR的测试结果。
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图5实测天线电压驻波比系数
由图5可以看出天线在工作频率1.616
GHz
时,其电压驻波比为1.3。
工作频率为2.491GHz
时,其电压驻波比为1.6,满足了设计要求。
在微波暗室远区条件下,采用自制的天线远场自动测量系统在^一1.616GHz和^一2.491GHz时,对该天线的辐射方向图进行了实测,测试结果如图6和表1所示,其中。
度方向为天线辐射面法线方向【9]。
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（b,o=2.491GHz图6天线实测方向图
表1天线3dB轴比波束宽度数据表
图6的电测试结果和表1表明,天线在两个工作频率点,在很宽的波束宽度范围内有很好的圆极
化特性。
4.结论
研究了小型化双频双圆极化微带天线的设计方法,通过采用叠层天线的设计思路使天线工作在两
个离散的频率点产生不同极化的圆极化波,并通过
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396电波科学学报第25卷
使用高介电常数减少天线尺寸和展宽波束宽度,增加天线对称结构改善圆极化特性,然后根据AnsoftHFSS软件仿真优化出的结构尺寸,加工了天线样件,样件尺寸为48删m×48删m,其电测的结果也满足了设计指标的要求,该天线已经用于工程实际,有很高的实用推广价值。
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大学出版社。
1995.
作者简介
薛欣（1985一,男,陕西
人,西安电子科技大学电磁场与微
波技术专业硕士生,主要研究方向
为微带天线与天线小型化。
张福顺（1960一,男,陕西
人,西安电子科技大学教授,博士导
师,博士。
主要研究方向为天线理
论与工程及测量,发表学术论文
150余篇,其中,70余篇被EI收录,
出版了专著《天线工程手册》和《天线测量》,编写了《天线近场测量误差分析与系统》。
冯昕罡（1984一,男,陕西
人,西安电子科技大学电磁场与微
波技术专业硕士生,主要研究方向
为阵列微带天线。
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邸
口
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双圆极化微带天线的设计作者：
作者单位：
刊名：
英文刊名：
年，卷（期：
被引用次数：
薛欣，张福顺，冯昕罡，冯睿，XUEXin，ZHANGFu-shun，FENGXin-gang，FENGRui西安电子科技大学天线与微波技术国家重点实验室,陕西西安,710071电波科学学报CHINESEJOURNALOFRADIOSCIENCE2010,25（21次参考文献（9条1.丁克乾;李连辉;张凤林双频圆极化微带天线[期刊论文]-遥测遥控2004（052.刘玉杰小型化圆极化收发天线设计[期刊论文]-遥测遥控2004（053.张福顺;商远波;张涛高增益低副瓣圆极化微带天线阵的研制[期刊论文]-电波科学学报2008（034.胡明春;杜小辉;李建新宽带宽角圆极化微带贴片天线设计[期刊论文]-电波科学学报2001（045.SIMCYD;HANTYGPSantennadesignwithslottedgroundplane[外文期刊]2008（036.薛睿峰;钟顺时微带天线圆极化技术概述与进展[期刊论文]-电波科学学报2002（047.钟顺时微带天线理论与应用19918.DavidM.Pozar微波工程20079.张福顺;张进民天线测量1995引证文献（1条1.刘宗全.钱祖平.韩振平.倪为民一种新型弹载共形多极化天线的设计与实现[期刊论文]-弹箭与制导学报2012（3引用本文格式：
薛欣.张福顺.冯昕罡.冯睿.XUEXin.ZHANGFu-shun.FENGXin-gang.FENGRui双圆极化微带天线的设计[期刊论文]-电波科学学报2010（2
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