两种双频双极化微带阵列天线的研究与设计

摘要

随着无线通信技术的不断发展，通信设备不断地更新换代，市场对于天线的需求和要求也随之增加，尤其是对天线小型化、易共形的结构特点和高增益、多功能的突出性能有极大的需求。而双频双极化微带阵列天线融合了双频天线、双极化天线、微带天线以及阵列天线的优点，不仅能够提升天线的整体性能，同时减少了天线数量、降低了天线成本，并有效解决多径衰弱问题，满足通信系统不断升级的要求。基于以上研究背景，本文针对两种双频双极化微带阵列天线进行研究。 本文从微带天线的理论研究入手，介绍了微带天线的辐射机理、分类和馈电方式，并对微带阵列天线涉及的直线阵理论、平面阵理论以及设计天线方向图副瓣所用的关键技术——泰勒综合分布法和馈电网络分别进行了阐述，同时，详细分析了微带天线实现双频、双极化的技术方法。 在以上理论分析的基础上，本文设计了一款C波段双频双极化微带阵列天线。天线的两个频段共用矩形辐射单元，通过在矩形贴片的相邻两边中心处分别馈电，使天线工作在两个不同的频段，并在水平和垂直方向产生双线极化特性。利用Ansoft HFSS仿真软件对天线进行仿真，通过仿真分析确定了单元的各项尺寸参数、阵列的阵元间距、馈电网络，并得出最终天线阵列的各项性能指标。该阵列天线设计为4×4的16元阵列，收发天线均采用并馈网络进行馈电，两个网络为分层设计，输出端口的激励幅度均符合泰勒分布。仿真结果表明，发射天线和接收天线的增益分别为20.64dBi和17.03dbi，两幅天线的第一副瓣值均小于-14dB。接着对实际测试结果和仿真结果做了对比分析。 本文进一步研究，设计了另外一款S/X波段双频双圆极化共口面微带阵列天线。天线采用两幅圆极化子阵列相互嵌套组合的结构实现双频双圆极化特性，其中S波段阵列选用印刷偶极天线作为阵元，将两个印刷偶极天线交叉放置并利用3dB电桥来实现圆极化辐射，并组成2×2的阵列；X波段阵列采用方形微带天线作为阵元，通过对相邻两边馈以相位差为90度的激励来实现圆极化，并组成8×8的阵列。两馈电网络为共面设计，其S波段阵列采用一分四的T型并馈网络，而X波段阵列网络的各输出端的激励幅度符合泰勒分布，并设计了T型功分器进行功率分配。仿真结果显示S波段阵列增益为11.55dBi，3dB圆极化轴比的波束宽度为84度，X波段阵列增益为21.77dBi，第一副瓣的值为-18.91dB，3dB圆极化轴比的波束宽度为27度，且双频隔离度优于30dB。最后测试了天线的工程实物，并和仿真结果进行对比分析。

目录

第一个书签之前