一種以空氣為基板的圓極化微帶天線(xiàn)的設計

摘要：設計了一種以空氣為基板的超高頻(UHF)圓極化矩形微帶天線(xiàn)。該天線(xiàn)通過(guò)在微帶貼片四周與中心開(kāi)槽，減小了天線(xiàn)尺寸，實(shí)現天線(xiàn)圓極化的性能。進(jìn)一步研究了天線(xiàn)的參數對圓極化性能的影響，通過(guò)天線(xiàn)參數的優(yōu)化，使天線(xiàn)達到了良好的圓極化性能。
關(guān)鍵詞：微帶天線(xiàn)；圓極化；超高頻；縫隙天線(xiàn)

0 引言
微帶天線(xiàn)由于獨特的結構和多樣化的性能，在各種無(wú)線(xiàn)電設備上得到了廣泛的應用。和常用的微波天線(xiàn)相比，微帶天線(xiàn)具有體積小、重量輕、低剖面、能與載體(如飛行器)共形等優(yōu)點(diǎn)。其中圓極化微帶天線(xiàn)，由于它能夠接收任意極化的來(lái)波，并且其產(chǎn)生的圓極化輻射波可以被任意極化的天線(xiàn)所接收，從而越來(lái)越受到人們的關(guān)注。用微帶天線(xiàn)產(chǎn)生圓極化輻射波的關(guān)鍵是產(chǎn)生兩個(gè)極化方向正交的、幅度相等的、相位相差90°的線(xiàn)極化波。
本文研究了一種中心開(kāi)槽的圓極化縫隙微帶天線(xiàn)，并用Ansoft HFSS軟件對天線(xiàn)性能進(jìn)行分析，設計了一種超高頻圓極化微帶天線(xiàn)。

1 天線(xiàn)理論分析與設計
1．1 圓極化理論
根據腔模理論可知，一個(gè)形狀規則的單片微帶天線(xiàn)由一點(diǎn)饋電可產(chǎn)生極化正交、幅度相等的兩個(gè)簡(jiǎn)并模，但不能形成90°相位差。為了在簡(jiǎn)并模之間形成90°相位差，需在規則形狀的單片微帶天線(xiàn)上附加一簡(jiǎn)并模分離單元。當簡(jiǎn)并模分離單元大小選擇合適時(shí)，對工作頻率而言，一個(gè)模的等效阻抗相角超前45°，而另一個(gè)模的等效阻抗相角滯后45°，這樣就形成了圓極化輻射。選擇合適的模分離單元的大小和位置以及恰當的饋電位置是設計這種圓極化微帶天線(xiàn)的主要內容。
如圖1所示，圖1(a)表示矩形微帶天線(xiàn)的坐標位置；圖1(b)表示附加簡(jiǎn)并分離單元△s的矩形微帶天線(xiàn)，其中饋電點(diǎn)在x軸或y軸上的矩形微帶天線(xiàn)稱(chēng)為A型；饋電點(diǎn)在對角線(xiàn)上的矩形微帶天線(xiàn)稱(chēng)為B型。

對于B型一點(diǎn)饋電的矩形圓極化微帶天線(xiàn)來(lái)說(shuō)，產(chǎn)生圓極化的簡(jiǎn)并分離單元△s的大小為：

式中：s為微帶貼片的面積；Q0為天線(xiàn)總的品質(zhì)因數。