双微带贴片微带天线

双频贴片天线

S. Maci and G. BifJi Gentili

佛罗伦萨大学电子工程部

地址Via S. Marta 3

关键词：微带天线，多频天线

1.摘要

双频贴片天线在大宽带平面天线上可以提供选择的余地，在应用中，对两个独立的传输接收系统中，大带宽是真实需要的。当两个工作频率隔的比较远，一个双频贴片天线结构设计能提供分离的系统。这篇文章，一个关键性的概述的可以解决的方法就双频贴片天线的出现，未来的前景很客观。

2介绍

贴片天线具有很吸引人的特性，比如矮小的高度，重量轻和和单片微波集成电路的兼容性。它们的主要缺点是有一个固定的带宽限制，这个是由于它本身特性结构所决定的属性。另一方面，现代通信系统，比如卫星连接（全球定位系统，车用，等等），同样新兴的应用也一样，比如无线局域网（WLAN），经常要求天线能够紧密和低价格，因此提出平面技术是很有用的，有时候也是不可避免的。此外，由于它的低高度，贴片天线非常适合安装在空中平台的系统，像合成孔径雷达（SAR）和散射系统。由于这些应用，新的动机给予战胜带宽限制的贴片天线的最前沿研究方向。在增加天线带宽的应用中需要处理两子分开的频带，一个适当的选择是用双频贴片天线做为替代品扩大带宽。实际上，对一个特定的应用优化天线，是为了保证拥有匹配的传输带宽和或者收到信号。双频天线通过单一的辐射结构显示出双共振能力。尽管从空间和成本上看，它们很适合，但很少人保注意力放在双频贴片天线上。这可能是于它的复杂的馈电网络有关，特别是在对数组中的应用。

双频运行的需要出现在车载卫星的通信系统中。这个系统的天线是低成本并且能在各向同性模式上满足需要；贴片天线的性能赢得了比赛。

当系统需要在遥远的距离也能工作两个频率，双频贴片天线可以提供两种可以用的不同天线；一种种类是合成孔径雷达。它是很众所周知的天线，现在合成

孔径雷达天线雇佣两个不同的频段。合成孔径雷达未来的发展趋势就是至少覆盖双频天线的三分之二的带宽。这将会减少重量和面积，因此改善的归宿可能是发射天线。合成孔径雷达双频贴片天线是非常复杂的设想，以一个例子来说，双频天线的存在是所有问题的关键因素。

第一个涉及设计的关键点是传输-接收（T-R）模型。最重要的问题是对不同的两个频段在同样的单片微波集成电路实现，但这个不是经常能实现，由于频率分开的比较大，需要对每一个频率点（特别是对接收渠道）有不同的微带元件去符合。第二个问题所关注的问题是单独馈电网络为每个频率。往往考虑到双线性极化需要，这个可能是最关键的问题来解决。这个严格的关系到能确定提供物理空间给印刷微带馈线部分，同时很好的分隔两个频率，以及两个极化。

上面关于开放式结构和富有挑战性的问题，和他们的讨论超过了这篇文章的目的。我们的焦点在双频贴片天线辐射结构上。特别的是，在下一节制那个，一些解决方案会在提出的文献回顾。

3.双频贴片天线技术

原则上，，在两个不同的频率上无论是辐射和阻抗匹配，双频平板天线运行具有类似的功能。通过使用平面技术获得特性不是简单的事情，特别是当贴片天线固有的结构和简单技术需要被维持时。

众所周知，一个简单结构的长方形贴片可以被看做是一个腔磁壁上的辐射。第一，三模型具有同样的极化可以通过TM100，TM200和TM300表示，TM指的是磁场关于接口的横向。TM01是实际应用中的典型模式；TM200和TM300是与TM100模式频率相关的两倍和三倍。原则上，这一规定在多种频率中有运作的可能性。在实践中，TM200和TM300模式不能使用。事实上，由于辐射电流的运行，TM200模式一侧为零，TM300模式有很大的副瓣。

最简单的方法可以在双频率中使用第一共振正交的长方形贴片，比如TM100和TM010模式。在这种情况下，频率比大概等于两个正交贴片尺寸的比。这个方法最明显的限制是两个刺激两个正交极化。无论如何，这个简单的方法在节省成本，缩短距离的运用中是非常有效，前提是两极化区分的要求不是很紧凑。

上述方法的特点是第一类双频贴片天线1），被正交模式双频贴片天线所确定。这一类可以扩展到其他任何一类可以提供两个交叉极化谐振模式的贴片。大

多数其他双频贴片天线在文献中都可以发现，细分为2）多补丁双频天线，和3）反向双频贴片天线。在下面，简明的介绍了三中类型的双频天线的现状。为了方便起见，摘要中包括图1。

3.1正交模式双频贴片天线

如前所述，这些天线的特点是两个共振正交极化。在最简单的情况下，利用长方形贴片（1，2）这些可以都得到。一个天线有趣的特性是他们同时匹配的输入阻抗在两个频率的单一馈电结构（指按“单点”的图1）、这个可以与探针配置，可以利用两个主轴的馈电贴片所替换。正如[1]所示，就拿天线的协调水平和带宽来说这种方法是几乎等于在2个长方形的主轴上分离同样的反馈贴片。这提供了是用众所周知的设计公式的可能性。他还值的指出的是，两个偏振频率的匹配水平同样符合结构，但是两个正交极化情况比较糟糕。

如[2]所建议的，单独馈电的协同可以通过耦合链接来得到，其中耦合倾斜的微带馈电线路。需要的长度和倾斜的角度可以通过伸出两个正交方向谐振大概获得。这连个预测的长度相当于两个插槽，激发馈电贴片，在两个不同的偏振。倾斜的插槽也可以进行调整，以弥补错误的匹配，这是专为一个频率设的四分之一波长。

正交模式可分离微带（见“双点馈电”，在图1中）。[ 3 ]中，一个圆形贴片在这两种模式中的圆形孔洞中使用了两个正交插槽。在两个馈电之间隔离度可以达到35dB。这个解决1方案不能提供灵活行，在设计频率比的时候。在图4中，有不同的形状的建议，其中贴片环是有两个交叉的圆圈有同样的半径，其中中心距离被设计的给定的频率比代替。在正交极化点良好的隔离可以得到与耦合微带馈电传输线（27dB）。

3.2多贴片双频天线

在这些结构，双频能力是通过多种辐射元素得到，其中每一个有强大的电流支持和共振辐射。这一类包括多层折叠馈电（见“堆栈”，图1）可以使用圆形，环形，长方形和三角形贴片。这些天线在两个频率是同一极化，以及双极化。同一多层结构可以扩展单一频率天线的带宽，当连个频率被迫完全间隔时候。在后一种情况先，较低的贴片可以通过传统的布置进行馈电，上层贴片通过与较低的贴片耦合链接[7]。为了避免事情上层的共振，两个贴片的尺寸一个紧密，以便