X波段宽带微带偶极子天线
一种X波段正交极化偶极子天线阵设计
电光与控制Electronics Optics&Control Vol.28No.5 May2021第28卷第5期2021年5月引用格式:刘昂，李淑华,李宝鹏，等•一种X波段正交极化偶极子天线阵设计[J].电光与控制,2021,28(5)：85-88.UU A,U S H,LI B P,et al. Design of an X-band orthogonal polarized dipole antenna array[J].Electronics Optics&Control,2021,28(5)：85-88.一种X波段正交极化偶极子天线阵设计刘昂，李淑华，李宝鹏，高伟亮，张凯旋(海军航空大学青岛校区，山东青岛266041)摘要：为解决X波段机载雷达变极化速度较慢的问题,设计了一种可实现脉间变极化的偶极子天线阵。
该天线阵采用正交排列薄片电偶极子阵元，并加装垂直贴片和反射板，通过同轴线耦合巴伦进行馈电。
利用改造后的阵元组成了一个4x4的16元矩形栅格、矩形边界均匀平面正交极化天线阵，利用射频开关控制馈电线路实现快速变极化，通过高频结构仿真(HFSS)软件对其进行参数优化和建模仿真，结果显示，该天线阵具有较低的驻波比和副瓣电平以及较高的天线增益，可以作为机载正交极化相控阵雷达天线的参考设计，或用作正交极化阵列天线的子阵。
关键词：机载雷达；天线阵列；X波段；偶极子天线；正交极化中图分类号：V243.2文献标志码：A dot：10.3969/j.issn.1671-637X.2021.05.019Design of an X-band Orthogonal PolarizedDipole Antenna ArrayLIU Ang,LI Shuhua,LI Baopeng,GAO Weiliang,ZHANG Kaixuan(Qingdao Branch of Naval Aeronautical University,Qingdao266041,China) Abstract:In order to solve the problem of slow polarization changing of airborne radar,a dipole antenna array is designed,which can change the polarization between pulses.The antenna array uses orthogonal slice electric dipole array unit,vertical strips and reflection board,for realizing feed through coaxial coupling Balun.Then,a4x4rectangular-grid rectangular-boundary uniform plane orthogonal polarized antenna array is formed by using the improved elements,and fast polarization changing is realized by RF-MEMS switch・Then,HFSS software is used for parameter optimization and modeling simulation.The results show that,the antenna array has low standing-wave ratio,low sidelobe level,and high gain,which can be used as a reference design for the antenna of the orthogonal polarization phased array radar or as a subarray of the orthogonal polarization array antenna・Key words:airborne radar；antenna array；X-band；dipole antenna；orthogonal polarization0引言具有正交极化电磁波辐射和极化信息鉴别能力的相控阵雷达系统逐渐成为先进雷达技术发展的重要方向之一⑴，正交极化天线是其中的重要组成部分。
天线和微波技术中的天线类型介绍
天线和微波技术中的天线类型介绍天线是通信领域中广泛使用的一种设备，用于收发无线电波信号。
在微波技术中，天线的类型多种多样，每一种天线都有其独特的优点和适用场景。
本文将介绍几种常见的天线类型，在简要介绍其原理和特点的同时，还将探讨其在不同的应用领域中的应用。
一、偶极天线偶极天线是最基本和最常用的天线类型之一。
其结构简单，通常由一对互相对称的导体构成。
偶极天线主要用于接收和发射无线电波，其工作频率范围广泛，从几千赫兹到数百吉赫兹不等。
偶极天线的优点是易于制造，而且天线本身不需要进行特殊的解耦设计。
这使得它成为了无线通信和广播领域的理想选择。
二、方向性天线方向性天线是一种具有明确辐射方向的天线类型。
它主要通过限制天线在特定方向上的辐射能量，以便更好地集中信号。
方向性天线常用于无线通信系统中，用于增加信号传输的距离和强度。
基于不同的设计原理，方向性天线可以分为常见的两种类型：定向天线和定向性天线。
定向天线通过定向辐射辐射能量，以便将信号集中在特定区域内。
而定向性天线则可以通过电子调谐和信号处理技术，自动跟踪信号源的方向。
三、扩束天线扩束天线是一种通过集中信号辐射以提高天线增益的天线类型。
它主要通过在发射和接收器之间添加反射器和透镜等装置来实现辐束。
扩束天线的应用非常广泛，例如在雷达系统中用于提高目标探测和跟踪的准确性，或者在卫星通信系统中用于增加信号传输的距离和质量。
四、天线阵列天线阵列是由多个天线单元组成的天线系统。
它通过联合操作单个天线单元，以实现更大的增益、更高的信噪比和更好的指向性。
天线阵列的设计复杂度相对较高，但是其在无线通信、雷达、卫星通信和航空导航等领域中的应用价值巨大。
五、微带天线微带天线是一种以微带线和介质基片作为支撑结构的天线。
其结构紧凑、制造成本低廉，被广泛应用于卫星通信、无线电频段标签系统和手机通信等领域。
微带天线具有宽带性能、较好的辐射特性和方便的制造工艺，是当今天线设计的热点研究领域之一。
X波段二维宽带宽扫背腔微带天线
摘
要： 设计 了一种 ｘ波段 背腔 微 带 天 线 ， 采 用探 针 和 口径耦 合相 结合 的馈 电方 式 实现 了小
单元间距下单层微带贴片的宽带工作， 并弱化 了馈 线寄 生辐射对方 向图的扰动。设计加 工 了
８× ８单元 的 天线 小阵 。 实测 结果表 明 ， 该天 线在 设计要 求的 ２ Ｇ Ｈ ｚ带 宽 内驻 波 小于 １ ． ５ ， 驻 波 小 于 ２的相 对 带宽 ２ ５ ％； 方 向 图测 试结 果表 明 实现 了方位 向 ４ ５ 。 、 俯仰向 ３ ０ 。 的 扫描 ， 增益 ２ ２ ． ８ ｄ Ｂ， 天线 效 率大 于 ８ ０ ％， 可满足 二 维宽带 宽扫 瓦片天线 的 实际应 用需 求 。 关键词 ： 微 带 天线 ； 背腔 ； 瓦片天线 ； 宽 带
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一种X波段超宽带F形微带天线设计
一种X波段超宽带F形微带天线设计赵天宇; 陈明; 张博林【期刊名称】《《现代电子技术》》【年(卷),期】2019(042)017【总页数】4页(P29-32)【关键词】天线设计; F形微带天线; F形贴片; X波段; 寄生贴片; 电磁特性分析【作者】赵天宇; 陈明; 张博林【作者单位】西安邮电大学通信与信息工程学院陕西西安 710121; 西安邮电大学电子工程学院陕西西安 710121【正文语种】中文【中图分类】TN823-340 引言随着无线通信技术的快速发展，无线频谱资源的不足以及带宽需求的不断增长已经显得日益突出[1]。
为了获得宽带天线，人们已经探索了各种技术[2]。
众所周知，微带天线因其独特的优点，如重量轻、体积小、制造成本低而被广泛用于通信系统中，并且易于集成到各种仪器中[3]。
然而，大多数微带天线的带宽很窄，大大限制了它们的实际应用。
实际上，有许多方法可以增加微带天线的带宽，例如在贴片或地上开槽，改变介电常数[4]或介质板厚度[5]，以及采用介质谐振器[6]。
其中，经常使用E 形[7]，L 形[8]或 U 形[9]槽结构来获得宽带宽。
然而，这些天线中的大多数具有结构复杂的缺点，这使得它们难以被集成。
因此，结构简单、体积小的宽带微带天线的设计是非常重要的[10]。
本文设计并制造了超宽带F 形微带天线。
天线工作于8～12 GHz，覆盖了整个X 波段，X 波段当前被广泛应用于侦查、探测等军事应用中[11]。
首先介绍天线设计原理，其次研究影响天线带宽的主要参数。
所设计的天线结构紧凑，性能良好。
带宽内回波损耗小于-15 dB，最大增益6.5 dB，相对带宽达到了40%以上。
此外，通过矢量网络分析仪以及微波暗室对其进行测试。
所有测量结果都与仿真结果非常吻合，说明所提出的天线具有很高的实际应用潜力。
1 天线结构图1 为所提出天线的几何结构。
图1a）为天线的顶层，图1b）为天线的底层。
该天线是在相对介电常数εr=3.5 的18.4 mm×15 mm×1 mm 的Taconic RF-35介质板上制造的。
X波段宽带微带天线阵设计与分析
对本文天线结构的设计，我们主要采用基于有限元法的 Ａ ｏ七Ｈ （ ｉ ｓ ｎ ｆ Ｆ ｓ Ｈｇ ｈ
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进展。 直到七十年代初， ． ． ｓｏ 和Ｊ Ｑ Ｈ ｌｌ Ｒ Ｅ 枷ｎｎ ． ． 佣ｅ 等人设计出了第一批实用的 微带 天线后【 ， 幻 微带天线才获得了 阁 迅猛的 发展。 年代， ０ ８ 微带天线无论在理论的深 度上和广度上都获得了 进一步的发展， 其理论趋于成熟，其应用与日 俱增，新形式、 高性能的微带天线不断涌现。 微带天线具有以 下几个方面的 优点： １ 微带天线及其阵列具有剖面薄， （ ） 容易与 载体 （ 如飞行器） 共形的特点：（ 体积小，重量轻，成本低，易于大量生产；（） ） ２ ３ 微带天线具有平面结构， 与集成电路有良 好的兼容性， 能和有源器件、 电路集成为统
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线极化微带天线的工作带宽主要受其阻抗带宽限制， 采用馈线匹配技术可以使其
工作于 较宽频域上。 例如采用简单的 双枝节匹 配技术， 可将带宽增大至２ 倍左右； 利 用切比 雪夫网络来综合宽频带阻抗匹 络， 配网 可将带宽增大到４ 倍左右．
X波段宽带圆极化微带天线的设计
X波段宽带圆极化微带天线的设计邵晓亮;邹永庆【摘要】介绍一种新型宽带圆极化微带天线.该天线采用同轴线单点馈电,通过在圆形贴片上开C型缝的方法,实现了圆极化并展宽了阻抗带宽;采用层叠结构,使上下两层贴片谐振于相近的频率,从而显著提高了天线的轴比带宽和阻抗带宽.仿真结果显示,该新型天线工作于X波段时,3 dB轴比带宽为13.9%,VSWR<2的阻抗带宽达到35.4 %.结果证明,在贴片上开C型缝是实现圆极化的有效方法.【期刊名称】《现代电子技术》【年(卷),期】2010(033)001【总页数】3页(P100-102)【关键词】微带天线;圆极化;宽带;缝隙;层叠结构【作者】邵晓亮;邹永庆【作者单位】安徽大学电子科学与技术学院,安徽,合肥,230039;安徽大学电子科学与技术学院,安徽,合肥,230039【正文语种】中文【中图分类】TN820 引言从微带天线的概念提出以来，因具有结构简单，体积小，重量轻，剖面低，易与载体共形等优点，而广泛应用于卫星通信、雷达、射频识别、导航等领域。
其中，圆极化微带天线又因其能够接受任意极化的来波，且其辐射的圆极化波可以被任意极化的天线所接收的优点而越来越受到青睐。
微带天线产生圆极化波的关键是产生幅度相等、相位相差90°的两个相互正交的线极化波，即产生两个在空间和时间上都正交的线极化波。
为达到上述要求，圆极化微带天线在馈电方式上主要可以分为以下三种形式：单点馈电[1-4]、双点馈电[5-7]或四点馈电[8]。
其中，单馈点圆极化微带天线不需要功分器和移相器等正交馈电网络，因此结构最为简单，但缺点是轴比带宽较窄。
文献[5-8]中分别采用了双电馈电或四点馈电，不同程度地扩展了圆极化轴比带宽，但都具有馈线结构复杂的缺点。
文献[9]采用方形切角贴片，利用层叠结构取得了较宽的轴比带宽，但其采用的是耦合馈电，且阻抗带宽远低于本文提出的新型天线。
本文在对上述结构比较研究之后，通过在贴片表面开槽，并采用层叠结构的方法，设计并仿真了一个X波段单馈点圆极化微带天线，实现了天线阻抗带宽于轴比带宽的同时展宽。
一种用于频谱监测的宽带宽波束印刷偶极子天线
一种用于频谱监测的宽带宽波束印刷偶极子天线何小煜;俞钰峰;张则涛【摘要】提出了一种具有宽带宽波束特性的偶极子天线.该天线由主偶极子、寄生偶极子、馈电巴伦和金属反射板组成.寄生偶极子不仅极大地拓展了天线的阻抗带宽,同时还起到引向器的作用,使得全频段内天线的辐射方向图都保持得很稳定.该天线可以实现在3 ～8.5 GHz的工作频段内VSWR≤2.7,增益大于等于6.3 dBi,H面的半功率波束宽度(HPBW)大于92°.该天线非常适合微波段频谱监测系统的应用.【期刊名称】《科学技术与工程》【年(卷),期】2015(015)017【总页数】4页(P164-166,171)【关键词】偶极子天线;寄生偶极子;宽频带;宽波束【作者】何小煜;俞钰峰;张则涛【作者单位】中国电科第36研究所,嘉兴314033;中国电科第36研究所,嘉兴314033;上海市智能控制重点实验室,上海201109【正文语种】中文【中图分类】TN82随着社会经济的快速发展和信息技术的日益进步，各种无线电通信业务大量涌现，电磁环境也变得日益复杂，对无线电频谱进行有效地监测和管理变得越来越迫切［1］。
天线作为整个频谱监测系统的入口，其性能的优劣直接决定整个系统的工作效能。
许多频谱监测系统都要求天线具有宽频带(2～3个倍频程)和H面宽波束(半功率波束宽度大于90°)的特性。
传统的宽带天线，例如对数周期天线［2］、喇叭天线［3］和 Vivaldi天线［4］等体积过于庞大(尤其是剖面过高)，这在许多体积受限的系统中是不可接受的。
一款与馈电巴伦集成在一起的印刷偶极子天线［5］具有结构紧凑、加工方便和成本低的优点，然而它的阻抗带宽(|S11|≤－10 dB)仅有40%，无法满足大多数频谱监测系统的要求。
另一款带背腔的椭圆形印刷偶极子天线［6］实现了129.7%的阻抗带宽(VSWR≤2)，然而它的H面波束较窄(半功率波束宽度小于90°)，尤其在到了频率高端波束宽度越来越窄，仅有大约30°。
X波段二维宽带宽扫背腔微带天线
X波段二维宽带宽扫背腔微带天线詹珍贤;王周海【摘要】设计了一种X波段背腔微带天线,采用探针和口径耦合相结合的馈电方式实现了小单元间距下单层微带贴片的宽带工作,并弱化了馈线寄生辐射对方向图的扰动.设计加工了8×8单元的天线小阵.实测结果表明,该天线在设计要求的2GHz 带宽内驻波小于1.5,驻波小于2的相对带宽25％;方向图测试结果表明实现了方位向45°、俯仰向30°的扫描,增益22.8dB,天线效率大于80％,可满足二维宽带宽扫瓦片天线的实际应用需求.【期刊名称】《雷达与对抗》【年(卷),期】2014(034)002【总页数】4页(P44-47)【关键词】微带天线;背腔;瓦片天线;宽带【作者】詹珍贤;王周海【作者单位】中国电子科技集团公司第三十八研究所,合肥230088;中国电子科技集团公司第三十八研究所,合肥230088【正文语种】中文【中图分类】TN821+.4随着有源相控阵天线技术的快速发展，特别是机载、星载平台的二维相扫有源相控阵雷达，对射频前端的体积、重量、设备量和集成度的要求越来越高，瓦片天线技术应运而生。
瓦片天线(tile antenna)是指一种新型的高密度集成的有源相控阵天线系统，具有典型的薄而紧凑的“三明治”结构，通常由天线辐射单元、T/R组件模块、馈电网络、电源、波控、冷却管道等功能电路和结构件层叠而成[1]。
与目前雷达普遍采用的砖块式结构相比，瓦片天线融合了微波高密度互联技术、MMIC 技术、高密度微波封装技术以及新型电子材料等关键技术，因而在体积小、重量轻、高密度集成、易于实现模块化可扩充等方面具有显著优势，成为有源相控阵天线的重要发展方向。
天线辐射单元作为瓦片天线的关键组成部分之一，其性能指标也至关重要。
与波导、振子等天线形式相比，微带贴片天线因其低剖面、轻重量、易于加工和集成等优点，成为瓦片天线辐射单元的首选方案。
但是，微带贴片天线的效率较低、带宽较窄，常规单层微带贴片天线的相对工作带宽仅为3%左右[2]；特别对于二维宽扫相控阵天线而言，其大扫描角限制了天线单元间距，进一步增加了扩展带宽的难度。
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X波段宽带微带偶极子天线
官伟;孙绍国
【摘要】A wideband microstrip dipole antenna operating at X-band is proposed. Its bandwidth is extended effec- tively by using a short-circuited probe compensation feed distribution capacitor and adding a parasitic patch. Over- all size of the designed antenna is 16mm- 24mm ; it features compact structure and easy to be fabricated and inte- grated, and can be applied by wideband and wide-angle-scanning arrays. Design parameters and impact of the dif- ferent parameters to antenna performance are studied.%文中提出一种X波段宽带微带偶极子天线。
该天线在偶极子单元的基础上,采用了一个短路探针补偿馈电分布电容,同时增加了一个加载寄生贴片,有效的展宽了带宽。
天线的总体尺寸为16mm×24mm,结构紧凑,易于加工和集成,适用于宽带宽角扫描的阵列天线。
文中给出了天线的设计参数及不同参数对天线性能的影响。
【期刊名称】《火控雷达技术》
【年(卷),期】2012(000)001
【总页数】4页(P63-66)
【关键词】宽带;偶极子;天线
【作者】官伟;孙绍国
【作者单位】华东电子工程研究所,合肥230088;华东电子工程研究所,合肥230088
【正文语种】中文
【中图分类】TN82
1 引言
微带天线以其重量轻、体积小、低剖面、易于加工、便于集成等特点得到广泛应用［1］。
如何实现微带天线的宽频带和小型化是研究的重点［2～5］。
本文提出一种X波段宽带微带偶极子天线。
天线通过对馈电分布电容的补偿，增加寄生贴片，有效的展宽了带宽，获得不错的辐射特性。
下文分析讨论了天线的具体设计细节以及仿真结果。
2 天线设计
天线的结构如图1所示，辐射单元的尺寸16mm×24mm。
天线印刷在介电常数
为3.82，厚度为0.508mm的介质板上，辐射单元在偶极子单元的基础上［6，7］，采用了一个短路探针补偿馈电分布电容，增加了一个加载寄生贴片。
图1 宽带偶极子微带天线示意图
在设计了天线的各项基本参数后，借助高频仿真软件Ansoft Hfss 13.0对天线进
行了仿真分析，图2为天线的三维仿真模型。
图2 宽带微带偶极子天线三维仿真模型
通过对宽带馈电巴伦及偶极子电路尺寸进行微调修正，以确保得到良好的驻波和方向图性能，最终定型微带天线单元尺寸，天线的基本参数见表1。
表1 天线的基本参数f /GHz 10 H1/mm 1.5 W/mm 16 H2/mm 3.9 W1/mm 7 H3/mm 2.5 W2/mm 1.1 R/mm 0.6 W3/mm 0.2 L/mm 24
3 仿真分析与讨论
通过对天线结构的优化仿真，在X波段得到较好的结果。
图3为驻波仿真曲线，
由图形可以看出在X波段驻波在1.4以下，驻波小于2的带宽可达50%。
如图4
和图5所示，对H1和H2参数的研究可以看出H1、H2长度的变化对天线性能
的影响。
图4给出了在保持H2=3.9mm不变的情况下，H1不同取值时的回波损耗曲线。
图5给出了保持H1=1.5mm不变，H2取不同值时的回波损耗曲线。
通过优化，合理选择天线的尺寸，能够使得天线在工作频段内取得较好的阻抗特性。
图6为天线在频率分别为8GHz、10GHz、12GHz的远场辐射方向图。
图7为宽带偶极子天线和偶极子天线性能比较，从图中可以看出宽带微带偶极子天线带宽和水平面方向图均得到了展宽，可以用于宽带宽角扫描天线阵列。
4 结论
本文设计出了一种X波段宽带微带偶极子天线，体积小、重量轻。
在X波段驻波
在1.4以下，驻波小于2的带宽可达50%。
该宽带微带偶极子天线在偶极子单元
的基础上，采用了一个短路探针补偿馈电分布电容，增加了一个加载寄生贴片，有效的展宽了带宽。
天线尺寸为16mm×24mm，结构紧凑，便于集成，易于加工，适用于宽带宽角扫描阵列天线。
图7 宽带微带偶极子天线和偶极子天线性能比较
参考文献:
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