低剖面寬帶圓極化微帶天線詳細教程
2021-01-10 電子發燒友發表於 2018-04-13 12:13:00
微帶天線由於其低成本、低輪廓、小體積、易於集成和共形，以及能方便地實現線極化和圓極化等優點在各種通信系統中得到了廣泛的應用。單饋點圓極化微帶天線由於其簡潔、緊湊的結構，得到了研究人員的廣泛關注，但其設計難度遠遠超過線極化微帶天線和多饋點圓極化微帶天線。常見的單饋點圓極化微帶天線形式主要有開槽貼片、方形切角貼片、準方形貼片和圓形貼片。由於它們的軸比帶寬較窄，一般不足3%，嚴重製約了單饋點圓極化微帶天線的應用。為了展寬微帶天線的帶寬，人們常採用層疊型微帶結構。該結構上下兩層輻射單元分別對應兩個諧振頻率，通過調節輻射貼片的尺寸和上下間距使兩個諧振帶寬緊貼，從而形成雙峰諧振，很好的拓展了微帶天線的帶寬。採用準方形的層疊結構，均獲得了13％以上的軸比帶寬；Kwok Lun Chung等人採用微帶線邊饋的層疊方形切角貼片結構，獲得了8%的3dB軸比帶寬；採用探針底饋式饋電的層疊方形切角貼片天線獲得了12.7％的3dB軸比帶寬。
本文在方形切角貼片可實現不同旋向圓極化的兩個饋點位置都加上埠，一個埠饋電，另一埠附加匹配阻抗。通過饋電埠實現相應圓極化的工作方式，另一埠的阻抗匹配則起到了降低剖面高度的作用。另外，本文天線採用由兩層方形切角微帶貼片層疊放置的結構，形成雙峰諧振迴路得到了較寬的軸比帶寬。
天線模型及參數設計天線結構如圖1所示，由兩層方形切角貼片、空氣層和接地板構成。下層介質：介電常數εr1，損耗角正切tgδ1，厚度t1 ；上層介質：介電常數εr2，損耗角正切tgδ2，厚度t2 ；空氣層厚度為h。
圖1 天線結構
圖2給出了天線的俯視圖並給出貼片的尺寸參數，描述為：下層貼片邊長p1，切角深度q1；上層貼片邊長p2，切角深度q2；兩饋電點位置均位於下層貼片的中心線上，饋電埠位於沿x方向的中心線上，距離右邊緣d1；匹配負載位於沿y方向的中心線上，距離下層貼片的下邊緣d2。
圖2 天線俯視圖及尺寸參數
天線下層採用t1 = 3mm、εr1 = 4.4、tgδ1 = 0.02的FR-4基片；上層採用t2 = 1.5mm、εr2 = 2.55、tgδ2 = 0.0011的聚四氟乙烯基片。上下層貼片的初始邊長取為：p1＝42.6mm，p2＝71.4mm。上下兩方形貼片的微繞量q1和q2的計算。採用HFSS軟體對p1、p2、q1、q2、d1、d2、h等參量反覆調節，以獲取最寬的軸比帶寬。
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