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，以便于获得频率比的协调。

对上层贴片直接探针馈电也可以用[5,6]。

在这种情况下，探针在较低的贴片上穿过清洞，有电流的链接到上层贴片。

在设计最优化匹配的两个频率时，这种结构确定了一个自由度（孔半径），同时允许一个宽的频率比范围，在这种结构的上层贴片电磁耦合。

相对于谐振频率的两个孤立贴片，上层频率（小的）贴片增加，较低频率的贴片（大的）减小。

在任何情况下，由于强耦合的两个因素，简单的设计公式无法找到，因此一般而言，全波分析被要求在设计第一阶段。

对多频率天线可以通过在同一基板上印刷多共振频率获得（见“共同平面”图1）。

Croq和Pozar提出平行矩形偶极子，加上一个插槽，这中类型的共振频率比是1.35。

辐射模式已经被证明，和所有工作频率保持一致，这类天线因为它的简单很有吸引力。

所有上面讨论的多谐振天线允许只有有限的频率比，使他们是适合短波链接传输模式或者车载卫星通信。

雷达应用，比如合成孔径雷达和多光谱散射，经常需要一个大的频率间隔，因为多腔结构必须包含贴片的不同尺寸。

一个简单的例子，对这个概率。

包括一个十字形的低频段贴片，已经四个频率上段的贴片。

这结构将会在下面一节做详细的讨论。

对于一个两个频率分隔大的情况，分离的标准是天线的每个频率都可能通过。

例如，对两个频率，贴片和相关的馈电网络能够折叠两个不同衬底上，从而取得两个几乎独立的天线。

提出的结构是一个数组双频模块，每频率，有两个叠加两层结构组成，。

较低的结构是一个插槽耦合贴片，在0.9千兆赫;上部结构为四个分阵列贴片，工作频率在2.5千兆赫。

这一分阵列槽通过威尔金森分隔网络馈电，这是位于有限开槽接地平面的子阵和低频贴片。

这项安排的利用这两个子天线可以设计几乎独立，只要两个频率正交极化可以运行。

在这种配置中，不要指望平行板模式激发开槽之间的接地平面和较低的贴片。

在阵列之间传送接收模块下，这可以产生杂散辐射和耦合。

图1 双频贴片天线3.3被动加载贴片天线最热门的技术，获得双频行为是引进负载加载在单一的贴片上。

这最简单的方法是连接一个辐射边缘，这样一个方式进一步引入了第二个工作频率的谐振长度。

这可能容易被力进为各种传输模式。

正如图1所示，其他类型的都可以使用，包括V形，插针，加电容器，和插槽。

无负载方法第一次在[12]中使用，在那里采用可调同轴。

这种结构可以通过两个的调整和在一个间的方式下频率的设计，另一方面，这个方法阻塞和不适合高频率段。

在[13]中，介绍了更加实际的结构，其中同轴线底部由微带组成。

[14]插入物加载进辐射边缘或者一个激励先（“V形加载”）是一种另类的方式引入双频的行为，创造了和微带加载的统一效果，同时有缩小尺寸的优势。

不管怎么样，V形和根法，频率比都不能比1.2不引入过高交叉极化或增加畸变频率模式下的高。

为了获得更高的频率比值，不懂的方法以及提出。

特别的是，通过缩短空孔或者集中贴片和地面的电容器，我们可以修改TM100模式的共振频率或者TM300模式的。

正如[16]所示，由缩短设在那里的空洞引脚达到最小值，引脚是影响TM300模式的电流分布因素。

这中强烈改变让我们得到共振频率，TM100依然没有收到影响。

通过增加语音干扰分析系统的数量，这样允许频率比可以从二到三。

这样的缺点是，TM300辐射模式受到虚假副瓣的影响。

一份详细的使用孔洞改变谐振频率和极化的调查开展[17]。

在那里，使用的二极管点的墓地是改变载入结构，使频率灵敏。

频率比（4-5）有分寸高的价值，可通过两个集中电容器获得，连接贴片和水平地板[18]。

另一种电抗负载可以采用在贴片上刻槽。

载入插槽允许一个强有力的对谐振模式的长方形贴片进行修改，尤其是单插槽面削减了当前不受干扰的模式。

特别的是，如[19]所示，依靠语音干扰分析系统，同时使用插槽和短路线允许的频率比从1.3到3。

其他类型的插槽负载贴片已经单独的在[20]和[21]中结束，长方形贴片有两个雕刻窄槽和平行极化所组成。

同样的结构在[22]中调查，并且扩展到双极化中[23]，更多细节将在下一节给出。

4.一些单一和双线极化几何结构双频贴片天线例子显示数据如图2.4[20-23]。

这些属于反射负载贴片天线，其中负载通过在贴片上用槽获得。

首先结构是线性极化，为双线性极化，而第二个和第三个是适合的，具有不同的功能。

对于所有的这些天线，，频率比可以从2到3.5，多腔结构如图5成功使用。

在下面的是对以上提啊下的讨论。