1、- 1 -L 型探针反馈宽带高增益圆极化微带天线的设计贾建新，路传兰，李占明，杨杰通信工程学院中国人民解放军科技大学，中国 南京 210007摘要： 宽带圆极化微带天线提出了高增益。两个 L 形探头连接一个网络 混合耦合器对o90散热片进行反馈。天线提供了一个可测量的 54.5%阻抗带宽，当 SWR2 时为 2.64 至 4.62 GHz，可测量 36.7%的 3 db 轴向比例带宽，可得到预期的从 3.05 至 4.4 GHz 的带宽。当SWR 2 时模拟阻抗带宽是 55.7%,从 2.74 到 4.86 GHz。模拟 3 db 轴比带宽是 33.9%从3.35 到 4.68 GHz 和模拟
2、 3 分贝增益带宽是 28.8%从 3.48 到 4.65 GHz,峰值增益为 9.6 dbi。关键词：宽带，圆极化天线，高增益，L 型探针反馈一.简介圆极化微带天线(CP)广泛用于雷达、导航、卫星和移动通信系统。圆极化，与线性极化，允许更大的灵活性在发射器和接收器之间的取向角，更好的机动性和天气的穿透能力,降低多路径反射和其他类型的干扰中描述13。微带天线的特性，提供有吸引力的低调,重量轻,易于制造，符合安装结构，和兼容集成电路技术。但是有很大的局限性，实现带宽小、低增益特性由于自身结构。CP 波时产生两个或两个以上的正交线性偏振模式的振幅和相位差相等 都是独立兴o90奋。传统的单一饲料单片
3、薄基片微带 CP 天线通常有一个相对狭窄的阻抗和轴比带宽为 1% - -2%1。一个有限元槽孔天线与系列微带线饲料配置被发现达到 3 dB 轴比带宽超过6%，但其峰值增益只有 3.3 dbi4。一个分形边界单馈电微带天线5展出 3 dB 轴比带宽约 1.6%和阻抗带宽的 6.2%;天线提供了大约 6 分贝增益频带的操作。对微带天线的多个美联储式6-9,圆极化可以生成使用一个外部的偏振器。相比单一的美联储类型,广泛的阻抗和轴比带宽可以达到。一个圆形贴片天线与邻近耦合 L 探针饲料，使用一个喂养网络包含一个 相位差混合动力和两个威尔金森功分器, 被发现传递 10 db 回波损耗带宽的0979.4%
4、和 3 db 轴比带宽的 82%7,最好的组合的阻抗和轴比带宽实现。一个圆形贴片天线与四个顺序旋转邻近耦合 L 探针有相位差 , 、 、 ,使用一个提要网络包括一o09o180o27对 相位差混合耦合器,展示一个 10 db 回波损耗带宽的 45%和 3 db 轴比带宽的 45%8。082一个三美联储微带天线提供了一个阻抗带宽 54.75%和 3 db 轴比带宽的 47.88%。3 db 的增益带宽是高达 40%,峰值增益 8.8 dBi9。然而,这些天线通常拥有一个大的空间与其他类型。微带贴片天线10-12使用 l 探针饲料技术有许多可取的特性,比如宽带和高增益,相比其他饲养技术。的 l 型
5、探针是一种优良的饲料的补丁天线,因为它与辐射贴片公司引入了一个电容抑制一些电感探针本身引入的13。- 2 -在本文中,两个 L 型探针与 混合耦合器是用来生成一个 CP 微带天线。天线被发现o90提供一个测量阻抗带宽的 54.5%从 2.64 到 4.62 GHz 的 2,和一个驻波比测量 3 db 轴比带宽的 36.7%从 3.05 到 4.4 GHz,分别。模拟阻抗带宽是 55.7%,从 2.74 到 4.86 GHz SWR 2。 模拟 3 db 轴比带宽是 33.9%从 3.35 到 4.68 GHz 和模拟 3 分贝增益带宽是 28.8%从3.48 到 4.65 GHz,峰值增益为
6、9.6 dbi。二、天线设计和配置提出了几何形状的双 l 探针圆形贴片天线是图 1 所示。辐射贴片被两个 L 探针反馈需要 相位差激活。圆形的补丁,一个直径 D = 34 毫米,有一个空气衬底高度 h2 = 7 毫米o90以上接地介质衬底的厚度 h = 1 毫米和介电常数 = 3.5。G 维的衬底是 44 毫米。L 型探r针反馈由微带线和铜销组成。宽度 w 和长度 l 的微带线是 1 毫米,16 毫米。直径 d 的铜销是 0.6 毫米,其长度 h1 是 3 毫米。两个 L 型探针要是定位一个距离中心点一定的距离。L型反馈探针和中心点之间的距离 S 是 20 毫米。直径 的通路孔是 3 毫米。d
7、f反馈网络用于双重反馈显示在图 2 中。这是印在底部的衬底。对称 3 db 定向耦合器提供了均衡的权力分割和 移相之间的两个输出端口。隔离端口是终止于一个 50 电阻器。o90 混合耦合器的参数显示在表 1 中。o90反馈网络L 型探针电气基片基底图 1 天线几何结构 （a）俯视图（b）侧视图- 3 -图 2 反馈网络结构：（a）混合型耦合器电路图（b）混合型耦合器几何结构表 1 混合型耦合器参数o90参数长度（mm）- 4 -三、模拟和测试结果图 3 显示了 混合耦合器的模拟结果。反馈网络有一个 32.3%的模拟阻抗带宽从o903.25 到 4.5 GHz,两个输出端口振幅好的平衡和能够保持
8、两个输出端口 （ ）的相位o905差,从而在一个相当大的频率范围提高了圆偏振性能。图 3 混合耦合器模拟结果：（a）回波损耗（b）两个输出端的相位差o90为了提高天线的阻抗带宽,三个短截线被用于 混合耦合器。模拟阻抗带宽和轴比带o90宽添加和不添加三短截线的结果显示在图 4。在图 4, 三个短截线的存在使天线阻抗明显改善,而轴向比率的影响是相对小的。图 4 有和没有短截线的模拟结果：（a）返回损耗（b）轴向比例回波损耗/dB 相位差/deg- 5 -图 5 天线实物图片：（a）顶部视图 （b）底部视图图 5 显示的是天线实物的照片。模拟和测量所得的天线回波损耗图 6 所示。天线模拟的阻抗带宽是
9、 55.7%从 2.74 到 4.86 GHz 和测量所得阻抗带宽的 54.5%从 2.64 到 4.62 GHz的电压驻波比小于 2。图 7 描述了模拟 2 db 轴比带宽的 28.6%从 3.43 到 4.6 GHz 和测量得到的 3 db 轴比带宽的 36.7%从 3.05 到 4.4 GHz。图 8 显示了一个模拟 3 分贝 28.8%的增益带宽从 3.48 到 4.65 GHz。峰值增益是 9.6 dbi。模拟和优化是基于商业软件 HFSS 实现的。所制作的天线通过了微波暗室测量。因为天线是由手工制造,测量和模拟结果有轻差异。如图 6 和图 7 显示,整个阻抗带宽和轴比带宽都较低是由
10、于制造误差和测量误差所造成的。其实对于增益模式在图 8,增益只从 3.2 GHz开始远大于 0 分贝。增益带宽应该转移到较低的带宽为了匹配阻抗带宽。有更多的工作和研究要做。在图 7 中，由于预期天线 3 dB AR 带宽的轴比低于 10 dB，因此还应采用技术改善轴向比率。轴向比率很有希望得到改善。图 6 设计天线的返回损耗- 6 -图 7 设计天线的轴向比例图 8 设计天线的模拟增益图 9 中，在 3、3.5、4、4.5 GHz 时分别显示了设计天线在 xoz 平面模拟和测量辐射模式。相比模拟谐振频率,测量的共振频率减少达 3%左右的。这些频率变化主要由于假设在探针表面均匀电流在模拟的结果,
11、使用一个有限大小板接近地平面。辐射特性进行了模拟,虽然是有区别的实测和模拟的共振频率。图 4 演示了模拟辐射模式的四个主要水平（ 、 、 、 ）在 2.95 GHz。它0459013可以观察到,对 和 斑点一样的辐射模式生成在四个角度,模式是对称与尊重的顶点E0。从半功率表（HPBWs）表 1,发现 HPBW 为 ,仍是 , E,而对于 他们是在 73 年和E062E之间。本设计提供了双线性极化性能。此外,模拟收益是在 6.5 和 8.1dBi 之间。82- 7 - 8 -图 9 设计天线在 xoz 平面模拟和测量辐射模式（a）3 GHz（b）3.5 GHz（c）4 GHz（d）4.5 GHz
12、四、结论这提出了一个高增益宽带圆极化微带天线的设计。辐射天线通过两个 L 型探针反馈实现的。这两个 L 型探针通过一个 定向耦合器来生成一个 CP 微带天线。天线提供了一个o90测量值为 54.5%的阻抗带宽，从 2.64 到 4.62 GHz 的驻波比和测量 2 ，从 3.05 到 4.4 GHz 有 36.7%的 3 db 轴比带宽。从 3.48 到 4.65 GHz 的 3 分贝增益带宽是模拟值 28.8%,峰值增益为 9.6 dbi。 模拟和测量之间的结果的差异进行了分析。右手圆极化模拟值 左手圆极化模拟值右手圆极化测量值值左手圆极化测量值- 9 -L 型探针反馈蝶形微带天线摘要：一个
13、 L 型探针反馈蝶形天线提出了形成一个高度较低的天线和一个较宽的阻抗带宽。通过相近的两种方法测量显示增加的阻抗带宽达到 24%。辐射特性和已实现收益也检查了。观察到一个双线性极化特性,在随机的环境中有广泛的用途。2000 年约翰威利公司。关键词:微带天线,天线介绍体积小,重量轻,低剖面,广泛的带宽,和适当的极化基本满足天线设计的无线通信系统要求。在这些用途方面微带贴片天线长很有吸引力。为了扩大一个补丁天线狭窄的固有带宽,大量的技术被提出。对于一个单层单元素设计,有效地提高了增厚介质衬底阻抗带宽达10%左右的 1.压制面波干扰造成的电厚介质衬底和进一步拓宽带宽、开槽贴片天线带宽的20-40%电厚
14、泡沫已记录 2、3.目前,悬板天线的20-30%带宽已经被广泛研究和使用 4、5.在这些技术中,窄槽是用来补偿长的探针所带来的较大电抗,改善的反馈结构也抵消了大范围内的电抗。在这篇文章里,提出了新的L型探针反馈蝶形微带天线的宽带和双线性极化特性。调查在实验和模拟的基础上进行。仿真都使用了Ensemble5.0软件包。模拟输入阻抗具有良好的协议与测量。在这个设计中,用两个相邻模块的激发，电压驻波比2时24%的阻抗带宽为已经实现。辐射特性和收益也审查了。天线的设计：1988年,Mosig 5 分析了一个L型微带贴片天线。结果表明,当在它的有缺口的边缘受到不平衡的反馈时L型微带天线设计优势就显得突出
15、了。在这个设计中,L型微带天线是通过广泛的阻抗带宽和双线性极化性能发展到一个L形板天线,如图1。在仿真中,当L形板天线是不对称地反馈时发现表面分布的感应电流可以用来生成双线性极化领域。如此,50 同轴探针反馈在切口边缘（ 0.5毫米和 16.0毫米）。天线的设计在2.9 GHz下工作（ 103.0fxfy 0毫米）。L形板测量数据是 50.0毫米, 45.0毫米, 30.0,毫米 24.0毫米。增加WLWL阻抗带宽效率,板是与地平线平行。在测试中,板由一个泡沫层的介电常数为1.1。之间的间距板和地平线距离是8.0毫米(0.08 )。与Mosig的方法不同 ,这个设计已经使用一个厚的0泡沫层和低
16、介电常数介质衬底而不是电介质。结果：基于模拟系综5.0软件包,我们已经做了一个原型,进行了相关的实验。测量和模拟输入阻抗轨迹的L型探针反馈天线如图2所示。从图中,可以看出,一个紧双环状轨迹出现是由于两个相邻模式。在天线电厚基片上不同于其他探针反馈碟形,输入天线的电抗是电容。应该注意的是,在这个设计中,无论是任何寄生元素也没有任何匹配网络使用。测量和模拟VSWRs反对频率绘制在图3。电压驻波比2时实验和模拟的阻抗带宽为 24.4%（2.56 -3.27 GHz）和23.7% （2.64-3.35 GHz）。 测量共振频率的最小电压驻波比是2.68 GHz3.09 GHz,模拟的是2.75 GHz
17、, 3.17 GHz。- 10 -结论：这个设计已经证明一个 L 型探针反馈碟形天线在没有任何寄生元素或匹配网络的情况下可以用来形成一个宽带带宽、低剖面和双线性极化碟形天线。其宽带行为源于激发的两个相邻模块。更大的间距（-0.07 中央操作波长）不仅极大地降低了腔模式 Q-能量,而且允许了另一种激动人心的模式。双线性极化辐射特性可用于移动通信的应用中。参考文献：1P.S. Hall,Probe compensation in thick microstrip patches, Electron Lett 21 1987,606 607.2T.Huynh and K.F.Lee, Single-
18、layer single patch wideband microwave antenna, Electron Lett 31 1995,1310 1312.3K.L. Wong and W.H.Hsu,Broadband triangular microstrip antenna with U-slot, Electron Lett 33 1997,2085 2086.4N.Herscovici,A wide-band single-layer patch antenna,IEEE Trans Antennas Propagat 46 1998,471 473.5K.M.Luk,C.L.Ma
19、k,Y.L.Chow,and K.F. Lee,Broadband microstrip antenna, Electron Lett 34 1998,1442 1443.6J.R.Mosig,Numerical techniques for microwave and millimete wave passive structures,T. Itoh Editor ,Wiley,New York,1989,chap. 3,pp.198 203.- 11 -共面波导双 C 型补片反馈摘要：一个小型化天线的双 c 型补片同轴探针反馈,最近被提出。由于其众多的品质,如成本低、容易实现,和一个小尺寸
20、结构受共面 waeguide CPW 已经发生。更广泛的带宽,低频率比双 c 补片,或者得到 dualband 频段下字符与这种新型的激励,而且允许一个更容易集成的活性装置。2000 年约翰威利父子公司。关键词：小型天线;做空针,双 c 补丁;waeguide 共面简介：在低频率,主要问题关于天线总是大小的辐射单元。这就是为什么许多各种形状和不同的技术,如使用高介电常数材料,做空针放置之间的辐射单元和地面平面 1,插槽蚀刻于辐射单元 2,已经提出了避免大小元素的问题。双 c 补片的天线 3 是其中的一个结构同时结合卖空平面,堆叠元素,和槽。因为它带来了许多优势,寻找一个新的解决方案，这个天线是必要反馈为了提高它的两个弱点:狭窄的带宽,和分歧的同轴探针来直接集成的有效成分。共面波导技术的文献报告以供养微带贴片天线 4。从共面耦合线天线是通过一个槽在地面平面的共面线连接电容 5。反馈天线技术呈现出无数 CPW 优势:没有焊接点,辐射对称模式引起的反馈,提高为中心的带宽天线的耦合贴片谐振的槽,容易实现,因为一个单一的金属表面是用来实现两个传输线路和地平面的辐射单元。这个位于同一平面的配置也允许一个更容易集成的被动或主动表面安装组件。然而,主要的不便是 CPW 仍然一个高水平的背辐射。
