双频圆极化天线设计方法综述

根据圆极化和双频天线的设计原理,总结了双频圆极化天线的设计方法,通过不同馈电方式和谐振方式分为四类进行阐述。归纳了近几年拓展双频圆极化天线带宽的方法,从结构上分别按照微带缝隙天线、平面单极子天线和阵列天线进行介绍。列表分析了各种设计方法的实现难度和典型天线各项性能参数,最后简述了适用于双频圆极化天线小型化的优化方案,并对未来发展趋势进行了展望。

一种新型双频圆极化卫星导航天线的设计

提出了一种表面开槽并增加辐射边框的新型贴片天线.采用HFSS软件仿真的结果显示,它的阻抗带宽和轴比带宽相比普通单贴片天线增大很多,而且具有良好的增益和双频带特性,其双频带可以覆盖GPS/GLONASS/GALILEO/北斗四大卫星系统的L1和L2频段.因此,非常适合用于手持式精确导航终端,以取代两片结构的双频贴片天线.与其他双频圆极化贴片天线相比,此新型贴片天线具有频带宽、尺寸小且剖面低等突出优点,具有良好的应用前景.

基于SIW的双频圆极化天线设计

介绍一种基于SIW技术的双频圆极化端射天线。SIW口径产生垂直方向的电场,印刷电偶极子产生水平方向的电场,从而可以实现圆极化端射辐射。通过在SIW口径处加载另一对形状不同的偶极子实现双频圆极化特性。该天线两个频段的阻抗带宽分别达到46%与27%,轴比带宽分别为3.3%与10.9%,最大增益分别达到5.8 dBi与9.3 dBi。该天线有较好的圆极化端射辐射特性,剖面较低,制作简单,在无线通信系统中具有重要的应用价值。

一种新型双频双圆极化复合微带天线设计

针对空间微波能量收集的应用场景,提出了一种微带线行波激励的双端口双频双圆极化复合微带天线。该天线由一个工作在低频段的微带圆环和一个工作在高频段的微带圆片复合而成,分别由两种不同的正交十字缝隙耦合馈电,采用微带线级联依次相差90°顺序旋转四馈电实现圆极化,通过对称性结构设计,分别从两个不同端口输入获得双圆极化性能。实验结果表明:在880~960 MHz和1.85~2.45 GHz频带内S11<−10 dB,阻抗相对带宽分别为8.7%和30%;在885~920 MHz和1.86~2.43 GHz频带内轴比小于3 dB,圆极化相对带宽分别为4%和29%;天线的方向性在工作频段内良好,在低频段增益达到5.4 dB,在高频段增益达到7.7 dB。该天线结构紧凑且加工简单,为双端口双频双圆极化天线的研究与设计提供了新思路。

一种具有高隔离度的双频双圆极化卫星通信天线

提出了一种新型的用于卫星通信的双频双圆极化多层微带贴片天线.该天线采用兰格耦合器正交馈电,分别在420±1.5MHz和450MHz±1.5MH的收发频率实现右旋和左旋圆极化辐射,且满足单一天线收发双工的通信要求;采用耦合贴片馈电方式和附加集总电路滤波网络,有效地改善了两端口之间的收发隔离度.此外,该天线采用高介电常数的介质基板减小了天线尺寸.兰格耦合器采用曲折线技术减小了馈电网络的结构尺寸(约74.6%).仿真和实测结果吻合良好,在工作频带内收发隔离度大于40dB,VSWR小于2.0,增益大于3dBc,0dB增益宽度及3dB轴比宽度均达到80°.

一种双频段圆极化移动导航终端天线的设计

给出了一款应用于北斗导航卫星系统(CNSS)B1频段/S频段的双频圆极化缝隙天线的设计方法。该天线采用微带线进行馈电,在地板上开有两个方形螺旋槽,其总槽长度大约均为一个自由空间操作波长。通过调节螺旋槽的终点处的长度即可获得最适宜的轴比,从而实现圆极化。另外,还可以通过调节螺旋槽的宽度来获得较大的轴比带宽。在地板中央切去一个圆环形槽可增大感应电流的路径,从而降低圆极化的中心频率。通过仿真软件HFSS对天线结构参数进行优化设计,并制作实物。其仿真及实测结果表明:回波损耗小于-10 dB的阻抗带宽为38.5%,且在阻抗带宽内天线的相对轴比带宽也达到了大约5%。

一种新型双频双圆极化多波束天线的设计

设计了一种双频双圆极化多波束天线,同时设计了工作在L和S两个频段的4×4微带Butler矩阵,采用该矩阵作为多波束天线的馈电网络,从而实现波束切换。为减小天线安装口径面积,垂直于天线阵面安装Butler矩阵,对整个系统进行仿真优化并进行驻波和方向图测试,结果表明:该多波束天线具有较低的插损且可以实现天线法线±60°范围内增益大于5dB的波束覆盖,适用于要求高增益大角度覆盖的通信系统。

基于超材料的双频双圆极化北斗导航天线设计

基于超材料结构提出并设计了一种应用于北斗卫星导航系统的双频双圆极化短报文通信天线。天线结构为由16个I形超材料单元和17个Γ形超材料单元构成的单臂平面螺旋,采用单点馈电方式进行馈电。利用超材料可以在不同频段分别产生负相移常数和正相移常数的特性,实现在北斗L频段辐射左旋圆极化波、在S频段接收右旋圆极化波的特性。结果表明,天线在1.615 GHz频率处辐射左旋圆极化波,增益约为3.6 dBi,在L频段,S_(11)<-10 dB的带宽约为8%,3 dB轴比带宽约为6%;天线在2.492 GHz频率处接收右旋圆极化波,增益约为4.85 dBi,在S频段,S_(11)<-10 dB的带宽约为12%,3 dB轴比带宽约为5.5%,满足北斗卫星导航系统短报文通信的要求。

一种小型化双频双圆极化天线

本文设计了一款小型化单层单馈的双频双圆极化天线。在已有双偏心圆环天线结构研究的基础上,通过开槽来改善天线性能。本文设计的天线由两个尺寸不同的偏心圆环组成,在耦合馈电的对称圆环天线基础上改变内外圆心位置,从而改变其电流的分布,实现左旋或右旋圆极化。通过在圆环上蚀刻弧形槽来改变电流路径,从而改善轴比带宽。利用同一个弧形微带馈电线对两个非对称的圆环激励,实现馈电和阻抗匹配。经过仿真验证,本文提出的双圆环开槽天线在25.6GHz和37.1GHz处分别实现左旋和右旋圆极化。

双频点圆波导圆极化器优化设计

随着金属膜片式圆波导圆极化器在卫星通信中的应用越来越广泛,针对圆波导中金属膜片电磁特性严格求解上的困难,提出一种采用多次拉格郎日插值和最佳一致多项式逼近的分析和优化方法,通过网络级联求解,以很快的速度得到满足工程应用的8对膜片双频双圆极化器参数、结构设计和性能仿真结果。在3:2的两点频上轴比理论上可做到0dB,在两频点4％的带宽内轴比小于0.5dB。若增加膜片数量,性能可进一步提高。

一种基于FSS的双频双圆极化器

本文设计了一款基于FSS的双频双圆极化器,它能在双频段将输入的线极化波转化为不同旋向的圆极化波。此圆极化器包括四层FSS周期阵列,每层FSS周期阵列单元是曲折线金属条和偶极子金属条的复合结构。根据圆极化器的物理结构建立了等效电路模型,分析了其工作原理。仿真结果表明,在低频段16.4-21.1GHz和高频段29-32GHz内,圆极化器分别产生不同旋向的圆极化波,且圆极化轴比小于3dB。此圆极化器与线极化天线结合,能够实现单口径天线在两个频段同时发射和接收不同旋向圆极化波的功能,大大简化了通信系统的复杂性和成本。

C/X双频双圆极化共口径微带天线设计

设计实现了一款C/X双频双圆极化共口径微带天线,在C/X频段均能以双圆极化方式工作,有效提高了天线的口径利用率。采用寄生结构和L型探针耦合馈电拓展了天线的阻抗带宽;以嵌套方式将X波段天线置于C波段天线的间隙处实现了共口径设计;通过对称反相馈电技术实现了良好的交叉极化比。测试结果表明,C波段的阻抗带宽和3 dB轴比带宽分别大于23%和17%;X波段的阻抗带宽和3 dB轴比带宽分别大于28%和18%;测试频点处的交叉极化比均大于25 dB。

用于5G移动设备的双频双圆极化毫米波天线设计

设计实现了一种宽带双频双圆极化的毫米波单馈天线,天线同时在n257(26.5~29.5 GHz)、n260(37.0~40.0 GHz)波段工作。与传统的圆极化天线相比,天线采用上下堆叠的不规则贴片实现了双频双圆极化,提高了信号收发隔离度;通过增加弯曲的寄生贴片,天线拓展了圆极化轴比带宽;金属边框上的矩形缝隙用来改善天线增益和带宽。测试结果表明,天线低频和高频的相对阻抗(<−10 dB)带宽分别达到20.4%和17.0%,相对轴比(<3 dB)带宽分别达到14.9%和11.4%。天线带宽覆盖n257、n260波段,可以用于5G移动设备与低轨卫星的通信。

双频双圆极化共口径天线设计

设计了一款X/Ku波段的双频双圆极化共口径天线。首先,采用微带开槽的方法分别设计了单层结构的低频右旋和高频左旋圆极化单元。然后,通过合理的布局,设计了两套独立的顺序旋转馈电阵列,提高了天线的增益和圓极化轴比。仿真结果显示,X波段天线的-10dB阻抗带宽为10.23GHz~11.32GHz(相对带宽为10.19%),圓极化带宽为10.61GHz~10.94GHz(相对带宽为3.08%);Ku波段天线的-10dB阻抗带宽为16.51GHz~18GHz(相对带宽为8.61%),圆极化带宽为17.02GHz~18GHz(相对带宽为5.66%)。高低频的隔离度在θ从-30到30°的范围内保持在10dB以上,有很好的圆极化特性。所设计的天线结构简单,尺寸小,圆极化性能好,隔离度高,可应用于卫星通信中。