X频段超宽带双线极化微带天线的分析和设计

李昕桉 王巍 李庆浩

摘要：设计了一种具有较高口面利用率的宽频带双线极化微带天线。在辐射贴片上方增加寄生贴片单元并通过优化两层贴片之间的距离实现宽频带；通过仿真优化改善了极化隔离度。仿真结果表明，该天线的驻波相对带宽达到了18.4%（VSWR≤2），工作频段范围内增益大于8dBi，并具有20dB以上的端口隔离度。

关键词：宽频带 微带天线 双线极化

中图分类号：TN822 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2016）07-0187-02

1 引言

随着现代通信系统的飞速发展，通信设备不断向宽频带、高频段发展，对通信设备提出了越来越高的要求，推动了作为通信系统中的关键部件天线的宽带化的发展。

在目前常用的展宽微带天线带宽的方法中，采用微带寄生贴片天线是一种常用的结构。该天线在展宽天线带宽的同时，具有结构稳定、剖面低、重量轻等特点，它十分适合作为阵列天线的天线单元使用。

本文设计了一种宽频带双极化叠层微带天线。在两层贴片之间，利用聚四氟乙烯材料架高，以展宽带宽，通过正交激励方形贴片并结合馈电网络，实现双线极化的特性。该天线具有良好的增益及交叉极化特性。

2 天线模型及参数设计

2.1 天线单元结构

天线层叠结构如图1所示。

该天线从上至下由介质层1、空气层、介质层2、空气层、介质层3组成，介质层1、2、3的厚度分别为t1、t2、t3。上层贴片印制在介质层1的底部，而下层贴片印制的介质层2 的顶部，介质层2是一个四层印制板，底部为馈电网络，介质层3顶部为馈电网络。两贴片对应临近的谐振频率，从而形成了双峰谐振特性，以获得宽频带；该天线的贴片尺寸如图2所示，阵列天线馈电网络采用威尔金森功分器功分器对贴片两个正交的场进行激励，形成双线极化。

2.2 参数设计

介质层都 选用介电常数为2.2、损耗正切较小的TLY-5介质，厚度t1=t3=0.254mm，t2=0.762mm。采用Ansoft HFSS电磁仿真软件对图2中天线进行优化设计，在仿真时考虑最终的结构实现，直接将支撑结构也考虑进去，其最终结构如图1 所示。经过大量的仿真计算和优化后，最终选用的参数为：空气层厚度h1=3.5mm、h2=11mm；上下层方形贴片的边长L_top=12.25mm、L_sub= 12.75mm；同轴馈电点位置L1=L2=0.8mm、W1=W2=6.375mm。

3 天线的仿真分析

图3给出了天线单元仿真驻波比曲线，该天线在7.17GHz至 8.64GHz频率范围内的1.47GHz带宽VSWR<2，相对带宽达到 18.7%。

图4给出了天线单元的增益曲线，天线在8dBi 以上增益的带宽为7.14GHz～8.7GHz范围内，整个频带内，最大增益约为9dBi，出现在8.37GHz处。结合图3和4，在7.17～8.6GHz范围内VSWR<2、Gain>8dB，具有良好的阻抗匹配和增益性能。

图5给出了天线单元仿真的增益方向图，从图中可以看出，该天线具有较高的增益和较好的定向性。

4 结语

本文提出了一种超宽带双线极化微带天线。该天线采用耦合贴片方式，结果表明该天线能够在频率范围7.17～8.64GHz内实现驻波比VSWR<2，在18.7%的相对带宽内获得了宽频带特性；端口之间隔离度达到20dB以上。天线的方向性较好、增益较高；同时，该天线结构简单，易于加工制造。

参考文献

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