一种波导缝隙馈电的圆极化微带天线
一种波导缝隙馈电的圆极化微带天线
一种波导缝隙馈电的圆极化微带天线杨国伟张厚王剑（空军工程大学导弹学院，陕西三原，713800）摘要：本文设计了一种利用波导缝隙对微带天线直接激励的馈电结构，结合十字缝隙耦合实现了微带天线的圆极化。
该结构与传统结构相比具有结构简单、制造方便的特点。
由于是波导直接激励，避免了传统微带阵列天线由馈电网络引起的衰减。
并且，由于波导本身的宽频带特性，消除了由于馈电网络引起的天线带宽窄的现象。
关键词：波导微带天线圆极化中图分类号：TN823The Circle-polarized Microstrip Antenna feeding with WaveguideSlotYANG Guo-wei , ZHANG Hou, WANG Jian(The missile institute, air force engineering university, Sanyuan, Shanxi 713800, China) Abstract:A microstrip-antenna feeding structure used waveguide slot is designed in this article, and the cross aperture coupling is used to realize the circle-polarized. This feeding structure is simpleness、convenience compared to the traditional structure. The antenna is feed by the waveguide directly and the loss begot by the feeding network which is used by traditional antenna array is reduced, and the narrowband characteristic of feeding network is avoided because of the waveguide broadband characteristic.Key words:Waveguide Microstrip-antenna Circle-polarized1 引言随着通信技术的飞速发展，对天线的要求也越来越高。
一种微带线馈电的宽带圆极化微带天线的设计
一种微带线馈电的宽带圆极化微带天线的设计引言在通信领域中，天线是不可或缺的一个设备，而微带天线因其结构简单、成本低廉、易于集成等优点，已经成为了现代通信领域中应用广泛的一种天线。
在微波领域中，圆极化天线通常被用来避免天线之间的互干扰和提高通信质量。
然而，许多微带圆极化天线的带宽是有限的，这使得这些圆极化天线的通信传输性能大大受到限制。
因此，本文提出了一种微带线馈电的宽带圆极化微带天线的设计方案，旨在解决微带圆极化天线带宽狭窄的问题。
设计原理本设计方案采用了一种微带线馈电的宽带圆极化微带天线。
其中，天线由一个正方形微带辐射片和一个环形贴片构成。
其工作原理基于微带线馈电的正方形微带辐射片，是以TM模式的耦合方式进行馈电的。
正方形微带辐射片的一边通过一条微带线馈电导线与馈电点相连，另一边则用接地板连接。
环形贴片作为一个反射器，通过正方形微带辐射片的边缘和接地板之间的短接实现电路的反射。
设计步骤1.计算天线的工作频率和所需圆极化方式。
根据这些参数确定天线的尺寸和形状。
2.设计并确定微带线馈电导线和连接设备的点。
3.添加环形贴片，并在模拟软件中进行必要的优化，以提高天线的性能。
4.按照所需的角度选择天线的旋转方向，并调整微带线馈电导线与天线的尺寸，以实现所需的圆极化方向。
仿真结果为了验证设计的性能，我们使用了一款天线仿真软件进行模拟实验。
仿真过程中，我们使用S参数和体表波图形来评估天线的性能。
以下是一些关键指标的仿真结果：•工作频率：4.4GHz•带宽：360~630MHz，VSWR小于2•圆极化方向：左旋•Gain：6.5dB•Axial Ratio: 1.1dB结论本文提出的一种微带线馈电的宽带圆极化微带天线设计方案，能够在4.4GHz 的频率范围内实现左旋或右旋的圆极化方式。
其带宽可达到360~630MHz，在这个带宽范围内可以实现VSWR小于2的传输性能。
此外，天线具有高增益和低轴比等优点。
因此，这种设计方案具有较好的前景和实际应用价值。
一种新型宽带圆极化微带天线的设计_田印炯
第33卷第5期杭州电子科技大学学报Vol．33，No．5 2013年10月Journal of Hangzhou Dianzi University Oct．2013 doi：10．3969/j．issn．1001－9146．2013．05－017一种新型宽带圆极化微带天线的设计田印炯，陈建，程忍(杭州电子科技大学天线与微波技术研究所，浙江杭州310018)摘要：该文设计了一种新型宽带圆极化微带天线。
该天线采用微带线进行馈电，在地板圆形开槽内加载一对矩形和椭圆组成的径向微扰枝节来获得圆极化，并切去一对圆弧形槽以降低圆极化的中心频率。
借助仿真软件HFSS对天线结构参数进行优化设计，并制作实物。
仿真与测试结果表明：回波损耗小于－10dB的阻抗带宽为12．5%，且在此频段内轴比均小于2dB。
关键词：微带天线；圆极化；宽带中图分类号：TN82文献标识码：A文章编号：1001－9146（2013）05－0062－040引言近年来，微带天线由于具有剖面低、重量轻、易于加工、结构简单、易于集成等优点，在无线通信、射频识别、雷达及卫星导航等领域获得了广泛应用。
圆极化微带天线因具有抑制雨雾干扰、抗多径反射、接收任意极化的来波且其辐射的圆极化波可以被任意极化的天线所接收等优点而越来越被重视［1］。
然而，传统的圆极化微带天线，圆极化带宽较窄，一般单层单点馈电的圆极化微带天线3dB轴比带宽只有3%左右［2］。
人们提出了许多方法来拓展微带天线的3dB轴比带宽［3－7］。
文献3、4采用双点或多点馈电的方法来拓展微带天线的3dB轴比带宽，但需要使用馈电网络来实现相位差，且结构过于复杂，增加了天线的高度，破坏了微带天线的低剖面性。
文献5给出了一种共面波导馈电的宽带圆极化天线，其接地板上开有方形缝隙，通过调节馈电微带线上两个长短不一的正交枝节，使天线的3dB轴比带宽达到了11．3%。
文献6、7采用微带线馈电，通过在地板上开不同形状的缝隙来实现宽带圆极化。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
一种波导缝隙馈电的圆极化微带天线
杨国伟张厚王剑
（空军工程大学导弹学院，陕西三原，713800）
摘要：本文设计了一种利用波导缝隙对微带天线直接激励的馈电结构，结合十字缝隙耦合实现了微带天线的圆极化。
该结构与传统结构相比具有结构简单、制造方便的特点。
由于是波导直接激励，避免了传统微带阵列天线由馈电网络引起的衰减。
并且，由于波导本身的宽频带特性，消除了由于馈电网络引起的天线带宽窄的现象。
关键词：波导微带天线圆极化
中图分类号：TN823
The Circle-polarized Microstrip Antenna feeding with Waveguide
Slot
YANG Guo-wei , ZHANG Hou, WANG Jian
(The missile institute, air force engineering university, Sanyuan, Shanxi 713800, China) Abstract:A microstrip-antenna feeding structure used waveguide slot is designed in this article, and the cross aperture coupling is used to realize the circle-polarized. This feeding structure is simpleness、convenience compared to the traditional structure. The antenna is feed by the waveguide directly and the loss begot by the feeding network which is used by traditional antenna array is reduced, and the narrowband characteristic of feeding network is avoided because of the waveguide broadband characteristic.
Key words:Waveguide Microstrip-antenna Circle-polarized
1 引言
随着通信技术的飞速发展，对天线的要求也越来越高。
高增益、宽频带、低剖面等这些都使得天线向着小型化、宽频带的方向发展。
传统的微带天线馈电方式一般分为两种：侧馈和底馈。
而这两种方式基本上都需要结构复杂的带状线或微带线的馈电网络（除直接探针馈电外），这不但使设计复杂（通常要考虑馈线间的互耦），还要考虑由于馈电网络引起的能量损耗和由于网络窄带特性造成天线整体带宽窄的问题。
这样的馈电结构大大限制了微带天线的应用和发展。
而以波导作为馈线对微带天线进行激励，只需在波导壁上开缝并将微带贴片基本单元固定在相应开缝位置即可。
在文献[1]中提出过有关波导与介质板配合，制造毫米波缝隙天线的例子。
本馈电方式的选择就是基于对该方案的进一步考虑。
同时，由于圆极化波本身抗多径效应和极化衰落的特点，在移动卫星通信得到了广泛的应用[2]。
利用微带天线实现圆极化的一般分为单点馈电和两点馈电两种。
其中，单点馈电的基本原理是利用贴片本身的结构特征和馈电点的位置选取，激励出高次模从而实现贴片同时辐射出相位差为90°的正交电场分量，得到圆极化特性；二两点馈电，是在馈线上实现相位差并利用馈电点的位置选取得到正交电场分量，但其馈电网络结构复杂，不利于阵列的设计。
基于以上两点的考虑，本文将设计了一种波导直接耦合单点馈电（缝隙耦合）的圆极化微带天线。
2 天线结构
本文所设计的微带天线是采用波导缝隙
馈电，以十字缝隙耦合的方式激励贴片，从
而实现圆极化特性的。
十字缝隙耦合馈电的方式在文献[3]中
有所提及。
这种缝隙耦合的馈电方式，不但
可以实现圆极化，还可以实现双频。
而且可
以通过控制两个缝隙的长度控制左旋或右旋
圆极化。
基本馈电结构如图1所示。
图1 十字缝隙馈电结构
若L1>L2则相应贴片天线为右旋圆极
化，若L1<L2则天线为左旋圆极化[2]。
本天线设计为行波天线，在波导终端放
置一个吸波材料。
在波导宽边开槽作为贴片
的激励源。
介质层厚度为1mm，相对介电系
数为2.6。
利用印制板制作工艺制造缝隙和贴
片，再将介质板与波导连接起来就构成以波
导缝隙馈电的微带天线。
再利用探针对波导
进行激励。
天线结构如图2所示。
图2 天线结构图
天线设计中心频率为10GHz，馈电采用
标准3cm波导。
通过调整探针位置及深入波
导的探针长度可以调整天线输入端口的匹配
情况。
并且，在调整该参数的同时也会影响
天线的轴比，这是由于探针的长度及位置会
影响缝隙处的场模式，通过HFSS软件优化
得到有关结构参数如图3、4所示。
图3 天线结构参数
图4 探针位置参数
3 仿真结果
本文使用Ansoft公司的HFSS仿真软件
对天线特性进行计算。
结果如图5、6所示。
图7为天线辐射特性。
9.810.010.2
3
A
R
(
d
B
)
Feq (GHz)
图5 天线轴比带宽
9.810.010.2
1.18
1.20
1.22
1.24
1.26
1.28
V
S
W
R
Feq (MHz)
图6 天线驻波带宽
G a i n (d B )
Deg
图7 天线辐射特性
从图中可以看出由于是行波天线，天线
驻波特性较好，天线的极化带宽达到160MHz ，天线在中心频率上辐射特性良好，增益为6.84dB 。
4 结 论
本文基于对微带天线阵列馈电网络的考虑，采用波导缝隙直接耦合的方式激励贴片，改善了传统微带天线馈电网络的特性，降低了由于微带线或带状线馈电引起的损耗，以及由于馈电网络的窄带特性所限制的天线频带窄的现象。
该结构组阵时，可以通过调整贴片及缝隙间距离的方式调整天线特性，并且工艺简单便于大规模生产。
参考文献
[1] 尹 雷, 洪 伟. 一种基于印刷工艺的新型毫米
波波导缝隙天线[J]. 微波学报, 2000,16(1): 85-88.
[2] 薄云飞,刘洛琨. 全向圆极化天线的V 型振子阵
设计[J]. 电波科学学报, 2001,16(2): 182-184. [3] Girish Kmar, K.P.Ray. Broadband Microstrip
Antennas [M]. Artech House, Boston London, 2003: 343-344.
[4] 钟顺时, 微带天线理论与应用[M]. 西安电子科
技大学出版社, 1991.
杨国伟（1980－），男，天津人，硕士研究生。
Email: metal_gear@
张 厚（1962－），男，山西人，教授，博士生导师。