圓極化微帶陣列天線(xiàn)的設計

天線(xiàn)系統作為無(wú)線(xiàn)通信系統中的一個(gè)關(guān)鍵的部分，其特性的好壞直接影響著(zhù)整個(gè)通信系統的工作性能。無(wú)論是在軍事國防還是民用通信領(lǐng)域，對于天線(xiàn)單元及陣列的阻抗帶寬、方向圖、極化和增益特性都提出了更高的要求。在實(shí)際應用中，往往要求天線(xiàn)具有高增益、高功率、低旁瓣、波束掃描或波束控制等特性，采用某種形式的陣列天線(xiàn)則較容易獲得這些特性，因此，陣列技術(shù)在實(shí)際中獲得了廣泛的應用。

1 微帶天線(xiàn)的設計
本文設計的微帶陣列天線(xiàn)的主要指標是：工作頻率在2．4～2．5 GHz；天線(xiàn)極化方式為圓極化；天線(xiàn)增益>10 dBi；駐波1．5；方向圖E面波瓣寬度和面波瓣寬度>25°；尺寸約為400 mm×400 mm。
1．1 微帶天線(xiàn)單元
天線(xiàn)單元采用雙饋電點(diǎn)的正方形貼片的微帶結構實(shí)現圓極化特性。同時(shí)，通過(guò)介質(zhì)層(相對介電常數2．65)的厚度，可以實(shí)現天線(xiàn)單元工作帶寬的展寬。
利用HFSS軟件，獲得天線(xiàn)單元的最終結構尺寸，其仿真模型，如圖1所示。介質(zhì)層高度為4／mm，輻射貼片邊長(cháng)35．25 mm，可根據正方形經(jīng)典天線(xiàn)的設計公式L=0．5 λg-2△l得到。

1．2 天線(xiàn)單元饋電網(wǎng)絡(luò )設計
根據天線(xiàn)雙饋電點(diǎn)的特性設計天線(xiàn)的匹配網(wǎng)絡(luò )。圓極化方式采用雙饋電點(diǎn)，兩個(gè)饋電端口所輻射的TM01模和TM10模，在貼片輻射方向形成來(lái)年各個(gè)正交分量，相差π／2，選擇適當的激勵頻率，可以使兩個(gè)模式同時(shí)被激勵，從而得到一個(gè)圓極化輻射場(chǎng)，所以饋電網(wǎng)絡(luò )采用Wilk-inson功分器，移相器采用普通微帶傳輸線(xiàn)。利用微帶傳輸線(xiàn)移相的特性，使功分器終端得到兩個(gè)等幅，相位相差π／2的電場(chǎng)。

天線(xiàn)單元加饋電后行進(jìn)了仿真得出了單元天線(xiàn)在工作帶寬內的端口反射系數和阻抗特性，分別得到如圖3和圖4的結果。圖3可以看出加饋電后天線(xiàn)端口的反射系數在工作頻段內均-30 dB，對應駐波≤1．06。圖4可以看出加饋電后天線(xiàn)在中心頻率上的輸入阻抗為49．4-j0．35 Ω。

1．3 陣列天線(xiàn)的設計和仿真結果
前面已經(jīng)得到設計單元天線(xiàn)的特性，本文采用4個(gè)單元天線(xiàn)組成陣列天線(xiàn)，并在HFSS中建模，如圖5所示，并且對該天線(xiàn)的電特性進(jìn)行仿真分析。