基于顺序旋转馈电的Ka波段圆极化天线阵设计

针对航空航天、雷达和通信系统对定向性平面圆极化天线阵的需求,本文研究并实现了Ka波段宽带圆极化16单元微带天线阵。该天线阵以角截断微带贴片作为基本谐振单元,采用顺序旋转馈电技术构造成4元阵列,并再次对4元阵应用顺序旋转馈电技术,得到16元天线阵列以获得高增益。通过计算电磁学仿真软件对天线性能进行了分析,并使用Rogers 5880制作了天线实物,仿真和测量结果符合得很好。研究结果表明,在29.08~31.22 GHz频段内,天线阵的反射系数小于-10 dB,轴比小于3 dB,相对带宽超过13.8%,验证了通过顺序旋转技术,可以有效地实现高增益平面圆极化天线阵。

一种顺序相移的超宽带馈电网络

为了解决超宽带圆极化阵列的馈电问题,设计了一种顺序相移的超宽带馈电网络。该馈电网络由1个180°功率分配器,2个3 dB分支线耦合器,4个威尔金森功分器和4个45°移相器组成,适用于八单元圆形结构的顺序旋转阵列天线馈电。测试结果表明:该馈电网络具有频带宽、幅度相位特性良好等优点,在(3.9~10.1)GHz的频带内,馈电网络8个输出端口幅度起伏在2.33 dB以内,相位起伏在±7.3°以内。

基于SP馈电网络的超宽带圆极化天线设计

提出了一种基于顺序相移(SP)馈电网络的宽轴比圆极化微带阵列天线.该天线通过将四个相同的圆形贴片辐射器连接在SP馈电网络的输出端,形成2×2微带阵列天线以实现圆极化性能.为保持馈电网络的紧凑性和圆形贴片辐射器的宽带特性,设计了一种不规则局部接地的方法.为获得天线的定向辐射并提高增益,在介质基板下方7.4mm处设置一金属反射板.经过HFSS仿真软件优化分析,所提出天线的总尺寸为65mm×65mm×8mm,小于-10dB阻抗带宽为5~8.6GHz(52%),3dB轴比带宽为5.72~8.16GHz(35%),在圆极化工作频率范围内增益可达10~12dB.对所提出天线进行实物加工与测试,测试结果和仿真结果较吻合.

基于非对称耦合螺旋谐振器的顺序旋转馈电网络设计

基于一种新型超材料单元——非对称耦合螺旋谐振器,提出了基于该单元的顺序旋转馈电网络设计方案。由于螺旋谐振器的内卷几何特性,非对称耦合螺旋谐振器尺寸非常紧凑。同时,研究发现,该单元的-90°相移频率大致与通带中心频率对应,对于设计正交相移微波器件具有重要价值。由于非对称耦合螺旋谐振器的上述优点,提出的馈电网络结构具有小型化和调试简单等优点。测试结果表明,该馈电网络能够较好地满足顺序旋转馈电的要求。

新型顺序旋转四馈电圆极化叠层微带天线设计

提出了一种顺序旋转四馈电网络与微带贴片集成设计的新型圆极化天线。采用叠层微带结构展宽阻抗带宽并提高天线增益;将天线地板四周折叠,在减小横向尺寸的同时提高前后比。为了便于阻抗调谐,在下层激励贴片中心开圆形孔,改善阻抗匹配特性。馈电网络与激励贴片共面一体化设计,利用顺序旋转四馈技术展宽轴比带宽,获得对称的圆极化辐射性能。制作了天线实物并进行测量。试验结果表明,天线在884~969 MHz频段内S11<-10 dB,阻抗相对带宽9.3%;在895~946 MHz频段内顶点轴比小于3 dB,圆极化相对带宽5.6%;在设计的中心频率915 MHz处天线增益为8.3 dB。该天线结构紧凑、加工方便、性能优良,已成功应用于超高频RFID读写器终端。

基于串行馈电网络的宽带圆极化微带天线

为使微带天线获得良好的圆极化特性并展宽天线的轴比(AR)带宽,利用顺序旋转技术设计了一种等辐、宽带和任意两个端口之间90°相位差的串行馈电网络,在此基础上设计了一种宽带圆极化微带天线。该天线由环形辐射贴片、四条扇形馈电带以及串行馈电网络组成,串行馈电网络位于底层介质板表面,其输出端通过四根铜柱与扇形馈电带相连,再由扇形馈电带激励环形贴片。经过HFSS仿真软件优化分析,所设计天线的总尺寸为110 mm×110 mm×17 mm,小于-10 dB的阻抗带宽为1.79~2.38 GHz(28.2%)。3 dB轴比带宽为1.85~2.31 GHz(22.1%)。对所设计的天线进行实物加工与测试,测试结果和仿真结果比较吻合。