一种提高天线增益的有效方法

1 引言

在厘米波段，许多光学原理可以用于天线方面。光学中，利用透镜能使放在透镜焦点上的点光源辐射出平面波。同理介质透镜在厘米波段和毫米波段内能够十分有效的产生高方向性波束，同时介质材料价格低廉，能量损耗小，所需加工精度较低，非常适合批量生产，所以毫米波介质透镜天线正在被广泛应用到宽带无线通信。

卫星接收天线多采用圆极化形式的设计,由于圆极化波的抗干扰特性,即反射回来的电磁波极化方向相反,引入的损耗小,也不存在线极化波极化面旋转的问题,介质透镜覆层对天线的影响可以降到最低,故能有效地效提高天线工作性能的稳定性。

2 加介质覆层前后天线特性参数比较

加入覆层后，会对方向图、驻波比等有一定影响，从下图2、3、4可以看出有覆层和没加覆层时带宽和方向性变化很明显，这是因为此介质覆层结构的通带频段内，对频段内的电磁波实现汇聚作用，由于覆层的作用，使槽口天线阵的中心频率向低端偏移。故在实际应用中，我们应该合理考虑覆层影响，选择适当的工作频段，以达到最佳的效果。

图1 腔体缝隙天线前端加介质透镜

图2，图3给出了无覆层和有覆层时圆极化缝隙天线方向图增益比较，从蓝色增益曲线可以看出,在不加介质覆层时，对于单环缝隙天线,中心频率12GHz其主瓣最大增益为10.8dB,半功率波瓣宽度为74°;当加了高折射率介质层后,从橙色增益曲线可以看出其增益达到13.5dB,半功率波瓣宽度为36°,增益提高了2.7dB。这对缝隙天线来说,其增益增加的程度相当可观。图4给出了无覆层和有覆层时圆极化缝隙天线的驻波比比较，加上介质覆层后，在所需的工作频段内驻波比均小于1.2。当加上介质层时,在介质覆层作用下,该天线的方向图呈现很明显的汇聚现象，驻波比也有了明显的改进。

图2 加介质透镜的前后的增益比较
（蓝色、橙色分别为加介质覆层前后的增益曲线）

图3 加介质透镜前后向图比较
（蓝色、红色分别为加介质覆层前后的方向图）

图4 加介质透镜前后驻波比比较（蓝色、红色分别为加介质覆层前后的驻波比曲线）