一種新型雙極化天線(xiàn)的設計

自從20世紀30年代后期出現的相控陣技術(shù)被應用于軍用雷達系統以來(lái)，相控陣天線(xiàn)系統已經(jīng)顯示出它在體積、重量、反應速度、功耗、適用范圍等方面的優(yōu)點(diǎn)，并引起了衛星移動(dòng)通信、政府應急部門(mén)系統等民用方面關(guān)注。近年來(lái)，由于雙極化天線(xiàn)具有同頻段的雙通道通信、提高通信容量、實(shí)現雙工操作、可以提高系統靈敏度、抗多徑效應等性能，從而日益得到人們的青睞。目前采用的雙極化天線(xiàn)可以實(shí)現垂直與水平極化、±45°極化和左、右圓極化三種相互正交的極化方式的組合。本文將介紹一種新型的水平極化和垂直極化相結合的雙極化天線(xiàn)方式。

1雙極化天線(xiàn)的設計

目前采用的雙極化天線(xiàn)主要采用雙層或多層電路來(lái)實(shí)現，通過(guò)不同層的天線(xiàn)陣分別實(shí)現不同的極化。本設計采用的相控陣天線(xiàn)可以在同一層面上實(shí)現雙極化，只要通過(guò)調整微帶貼片單元的饋電方式就可以實(shí)現水平極化和垂直極化兩種極化方式，從而實(shí)現雙極化。采用這種新型的雙極化天線(xiàn)可以實(shí)現對衛星信號的矢量接收，在移動(dòng)載體通信系統中顯示其獨特的優(yōu)越性。

本文采用的雙極化天線(xiàn)結構如圖1所示，其中（a）為天線(xiàn)結構，它由貼片層、介質(zhì)層和接地層組成。圖（b）為微帶貼片單元的基本結構。通過(guò)調整微帶貼片單元就可以實(shí)現水平極化和垂直極化兩種極化方式。它位于貼片層上，通過(guò)不同的饋電方式可以實(shí)現水平極化和垂直極化兩種極化方式。

圖1雙極化天線(xiàn)的結構

本文根據設計指標及使用要求設計的雙極化天線(xiàn)基本單元結構圖如圖2所示，這種結構可以實(shí)現天線(xiàn)某一個(gè)方向的線(xiàn)極化。本文采用的雙極化天線(xiàn)陣中每個(gè)天線(xiàn)單元都只有一個(gè)極化方向，只要通過(guò)調整每個(gè)天線(xiàn)基本單元的饋電方式就可以在同一層上實(shí)現雙極化。

圖2雙極化天線(xiàn)基本單元結構圖

2雙極化天線(xiàn)的實(shí)現

本文采用的天線(xiàn)陣列與傳統的單線(xiàn)極化天線(xiàn)相比，可以接收到其無(wú)法接收的信號，與單圓極化天線(xiàn)可以提高3dB的增益。與現有的雙極化天線(xiàn)相比結構簡(jiǎn)單、容易實(shí)現，可以大大降低相控陣天線(xiàn)的成本。根據以上所介紹的天線(xiàn)原理，我們按照兩種極化方式相互交叉排列的方式組成了新型的雙極化天線(xiàn)，天線(xiàn)實(shí)物如圖3所示。

圖3雙極化天線(xiàn)實(shí)物圖

3天線(xiàn)陣列的微波暗室測試結果

我們在微波暗室中對所設計的4×4微帶天線(xiàn)陣列進(jìn)行了實(shí)際測試。微波暗室的長(cháng)、寬、高分別為15m、9m和9m，用于測試的發(fā)送天線(xiàn)和接收天線(xiàn)的距離為10m，測試天線(xiàn)距離地面的高度為2.5m。圖4為天線(xiàn)陣列在12.5GHz時(shí)的V面方向圖。圖5分別為天線(xiàn)陣列在12.5GHz時(shí)的H面方向圖。

圖4天線(xiàn)陣列在12.5GHz時(shí)的V面方向圖

圖5天線(xiàn)陣列在12.5GHz時(shí)的H面方向圖

從以上兩圖中我們可以看到，天線(xiàn)方向圖關(guān)于主瓣最大值基本對稱(chēng)。表1給出了天線(xiàn)陣列在H面的實(shí)際測試數據。圖6給出了天線(xiàn)陣列的駐波測試圖。在12.25～12.75GHz范圍內，天線(xiàn)的實(shí)測駐波小于2.0。

表1微帶天線(xiàn)陣列在H面的實(shí)測數據

圖6雙極化天線(xiàn)的駐波測試圖

4結論

本文主要介紹了一種雙極化天線(xiàn)的新型設計方案及實(shí)際測試結果。本設計通過(guò)調整最基本的貼片單元的饋電方式來(lái)實(shí)現天線(xiàn)的雙計劃設計，實(shí)現了復雜問(wèn)題的簡(jiǎn)單化處理。最后設計的實(shí)物測試數據與仿真結果基本吻合，符合了設計的需求。本設計實(shí)現的雙極化天線(xiàn)結構簡(jiǎn)單，重量輕，使用方便，接收效率也比較高。為未來(lái)相控陣天線(xiàn)的發(fā)展提出了新的嘗試方案，對雙極化天線(xiàn)的設計將產(chǎn)生一定的影響和推動(dòng)作用。