双频双圆极化顺序旋转微带阵列研究

摘要

圆极化天线对极化位置不敏感，能够消除电离层对电磁波的法拉第旋转效应，抗干扰性强，广泛应用于卫星通信、雷达、GPS等系统中。而卫星通信系统通常采用双频双极化共口径天线。本文对顺序旋转阵列进行深入研究，针对特定卫星通信系统研制出X波段高增益双频双圆极化顺序旋转微带阵列。主要工作如下:
　　第一，综述了圆极化微带天线的研究现状与进展，深入分析了顺序旋转馈电技术及其展宽带宽的机理，探讨了采用不同极化单元时顺序旋转阵列的带宽和间距优化问题。
　　第二，针对特定应用，提出一种单层介质基片结构的双频双圆极化顺序旋转微带子阵列。利用单个矩形贴片产生极化隔离较高的双频双线极化辐射，再结合2套独立的馈电网络组成2×2顺序旋转的双频双圆极化子阵列，实现了两频率比仅1.05的X波段双频双圆极化的共口径天线。线极化模式提供了两接近频率之间良好的隔离;顺序旋转馈电实现了良好的圆极化和带宽特性。
　　第三，为获取高增益性能，在单层基片上巧妙布置两套并馈网络，将2×2子阵扩展到8×8阵列。利用小型化功分和半钢同轴电缆，进一步将8×8阵列扩展成16×16阵列。研制出的16×16阵列，低频处和高频处-15dB阻抗带宽分别为2.2％和2％，3dB轴比带宽分别为2.84％和1.57％，最大增益分别为25.1dBi和25.6dBi，两个中心频率处的阻抗隔离分别为-18.6dB和-19.4dB。
　　第四，修正并完善了基于线分量法的圆极化天线测试方法。利用两组正交的线极化幅度信息，无需相位测量，实现对圆极化天线轴比的精确测量，进一步处理出主极化、交叉极化方向图，给出增益测试方法。
　　本文利用双模线极化贴片、巧妙的顺序旋转馈电网络，在单层介质基片上实现了两个中心频率比仅1.05的X波段双频双圆极化16×16微带阵列。阵列增益高、剖面低、圆极化性能优，带宽和隔离度良好，加工方便、可靠，具有重要的实用价值。