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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3分贝增益带宽是28.8%从3.48到4.65 GHz,峰值增
2、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奋。传统的单一饲料单片薄基片微带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
3、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79.4%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
4、个提要网络包括一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。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。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。天线被发现提供一个测量阻抗带宽的54.5%从2.
5、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型探针反馈由微
6、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。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。混合耦合器的参数显示在表1中。图 1 天线几何结构 （a）俯视图（b）侧视图电气基片 L型探针 基底网络反馈图 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 混合型耦合器参数长度（mm）参数三、模拟和
7、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3.25到4.5 GHz,两个输出端口振幅好的平衡和能够保持两个输出端口（）的相位差,从而在一个相当大的频率范围提高了圆偏振性能。相位差/deg回波损耗/dB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）轴向比例图5 天线实物图片：（a）顶部视图 （b）底部视图
8、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
9、较低是由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,使用一个有限大小板接近地平面。辐射特性进
10、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0。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。左手圆极化测量值右手圆极化测量值值左手圆极化模拟值右手圆极化模拟值图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
11、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。L型探针反馈蝶形微带天线摘要：一个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。200
12、0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
13、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
14、.5毫米和16.0毫米）。天线的设计在2.9 GHz下工作（ 103.0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泡沫层和低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
15、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, 3.17 GHz。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-layer single patch wideband microwave antenna, Electron Lett 31 1995,1310 1312.3K.L
