差分馈电园极货舱微带天线的设计

张一治 张晓波

（西安电子科技大学理学院，陕西 西安 710071）

差分馈电园极货舱微带天线的设计

张一治 张晓波

（西安电子科技大学理学院，陕西 西安 710071）

设计一种中心频率在2GHz，带宽为300MHz的圆极化微带天线。在设计中采用双层贴片来增大3-dB轴比带宽，差分馈电的方式使天线的方向图具有较好的对称性。该设计的新型天线，阻抗带宽可以达到39.5%。低交叉极化水平保持不变，使得天线的极化纯度较高，并且3-dB轴比带宽达到了中心频率的15%。另外，在操作频带范围内，天线的增益是很稳定的，大约是8.7dBi。

圆极化；差分馈电；天线

（一）使用HFSS软件设计天线

HFSS采用的理论基础是有限元方法，是一种基于微分方程的方法，其解是频域的，由频域解可得到时域解，擅长于设计各种辐射器以及求本征模问题。

微带天线产生圆极化波的关键是产生幅度相等，相位相差90°的两个线极化波，本模型采用双馈电形成差分馈电的双层贴片微带天线来实现圆极化辐射。如图1和2所示，两个馈电点激励产生两个极化正交的简并模，由馈电网络保证两模的振幅相等，相位相差90°，由此实现圆极化。在这里，180°的功率分配器形成差分馈电的方式，使单一的输入信号变为两个相位相差180°的输出信号，如图3所示，由此得到的圆极化天线的方向图具有较好的对称性。

选定的初始参数为：

图3 180°相移的功分器模型

图4 差分馈电圆极化微带天线模型

（二）仿真结果分析

用HFSS软件对图4所示的差分馈电圆极化微带天线的模型进行模拟仿真，分别得到其反射系数 S，轴比 AR，增益、驻波比以及方向图结果如下：

图5 S参数曲线图

图6 AR参数曲线图

图1 圆极化微带天线俯视图

图2 圆极化微带天线结构主视图

图7 增益曲线图

图8 VSWR曲线图

图9 Phi=0°左旋圆极化方向图

图10 Phi=0°右旋圆极化方向图

综合图 5和图 6的结果，天线的工作频率范围是1.86GHz-2.16GHz，带宽为0.3GHz，满足设计要求。由天线的模拟仿真结果可以看出，该差分馈电圆极化天线模型的圆极化辐射产生在 1.86GHz-2.16GHz频率范围内。天线模型具有较宽的轴比带宽 （300MHz），方向图具有较好的对称性。

（三）结束语

在当今的通信系统中，对微带天线的性能的要求越来越高，其窄带宽的缺点使其在某些应用方面受到了限制，因此，本文针对微带天线带宽较窄的缺点，进行了带宽展宽的天线设计。本文设计了一种中心频率在2GHz，带宽为300MHz的圆极化微带天线。在设计中，差分馈电由一对金属折叠板实现，这使得天线的方向图对称性较好，而由于双层贴片的中心频率不同，所以两者的辐射频率相互重叠，从而展宽了带宽。仿真结果表明，本文设计的天线的模型在圆极化操作频带范围内，具有较高的增益，且增益主要稳定在8.7dB。由于这种设计模型具有较好的天线辐射模式以及宽带特性，因此可应用在现代无线系统中。

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TN820.1+1

A

1008-1151(2011)05-0039-01

2011-02-26

张一治（1989－），男，山西人，西安电子科技大学理学院硕士生，研究方向为目标激光散射特性测量与理论建模；张晓波（1986－），男，安徽人，西安电子科技大学理学院硕士生，研究方向为目标激光散射特性的研究。