一种宽带双圆极化微带天线

1序言

随着无线通信、测控、电子侦察等的发展，圆极化的以良好的传播特性（如抑制雨雾干扰），获得了广泛的应用，多种多样的圆极化天线相继问世。卫星测控系统中常用的圆极化天线主要有螺旋天线和微带天线两种基本天线形式。

圆极化螺旋天线技术成熟应用广泛，通过选择适当的物理尺寸可以形成不同的辐射方向图来满足不同空间应用需要。但螺旋天线几何尺寸要比微带天线大很多，螺旋天线的高度一定程度上制约了他在星载测控领域的应用。微带天线是近几年来逐渐发展起来的一种新型天线，其重量轻、剖面低、并易于和安装载体共形。为了让微带天线具有宽频带特性，在微带天线设计中相继采用了许多新的设计方法，如缝隙耦合馈电技术、采用探针耦合馈电技术、采用多层辐射元技术等。

虽然采用寄生单元、层叠辐射单元等方法可以使微带天线具有较宽的频带特性，但这种形式的微带天线存在尺寸过大、容易激励起高次模导致极化不纯、结构复杂导致可靠性不高等缺点。缝隙耦合馈电微带贴片天线、探针耦合馈电微带贴片即可以实现低剖面结构，又可以拓宽微带天线的工作频带，既可以采用单缝(探针)馈电实现单极化，也可以采用双缝(探针)实现双极化。同时多缝(探针)馈电技术可以使辐射元上的电流分布更加均匀，可以使天线方向图更加对称从而可以提高天线的辐射效率，增加增益。本文介绍的就是一种用于S波段的两点探针馈电的宽带、双圆极化空气微带天线。

2设计分析

微带天线主要有两种基本的馈电方法:单馈点法和多馈点法。单馈点的圆极化法一般都是窄频带单极化的，本文介绍的双点探针馈电的空气微带天线具有很好宽带特性，微带天线单元采用圆形贴片结构，两个馈电点的相位差90度，两个馈电探针与90度电桥连接，90度电桥的设计为多节的，从而实现宽带的特性。天线的设计过程中采用了HFSS和ADS等电磁场仿真辅助设计软件。

2.1两点探针馈电的圆极化微带天线

两点馈电的宽带双圆极化微带天线如图1所示，包括天线罩的外型尺寸直径小于10cm，高度小于3cm。辐射单元采用圆型辐射贴片，采用带有激励圆盘的馈电棒进行激励，两馈电点的激励相位差为90度，改变激励相位可以实现不同形式的圆极化。相对于直接连接馈电的贴片天线，采用带有激励圆盘的馈电棒耦合激励的方法可以在较宽的频带范围内使天线具有良好的阻抗匹配。

辐射贴片的半径R决定于中心频率f0，通过优化探针激励圆盘的半径r及空气微带天线单元的厚度S1等其它相关参数可以在宽的频带内实现所需要的天线辐射特性。通过优化探针激励圆盘与金属贴片间距S2及馈电点的位置d等参数可以调节天线的阻抗匹配特性。

图1两点馈电的宽带圆极化微带天线

2.2宽带馈电网络设计

为了实现双圆极化、收发共用一个天线，采用印刷式3dB电桥的方法可以实现并且根据需要能和天线集成设计，能确保天线具有小型化的结构和轻重量。单节的3dB电桥带宽较窄，利用多枝节的方案可以拓展带宽，同时整个馈电网络的损耗也是制约天线增益的主要因素之一。因此，如何在工作的宽频带内设计等幅和期望的相位输出的平面印刷式、低损耗馈电网络是该天线设计中的关键内容之一。