通過對傳統(tǒng)矩形和圓形微帶貼片天線單元的仿真與優(yōu)化,提出了一種低剖面寬波束圓極化陣列天線單元結(jié)構(gòu)。用該天線單元采用順序旋轉(zhuǎn)布陣得到2×2子陣,再由子陣擴展成為8×8矩形陣列。通過HFSS仿真驗證了該陣列天線具備理想的寬角掃描特性和圓極化特性,天線在工作頻段內(nèi)可實現(xiàn)方位360°、俯仰±60°掃描,掃描范圍內(nèi)天線增益波動小于3 dB,軸比小于2.8 dB,同時天線還具有極低的剖面,高度尺寸僅為0.05λ0。針對傳統(tǒng)圓極化陣列天線的掃描特性,分析并總結(jié)了一種提高寬角掃描特性的設(shè)計方法,可在不增加天線剖面的情況下,擴展單元波束寬度并抑制互耦,實現(xiàn)圓極化陣列天線寬角掃描。 

【文章來源】：通信技術(shù). 2020年09期

【文章頁數(shù)】：6 頁

【部分圖文】：

傳統(tǒng)圓極化微帶天線單元結(jié)構(gòu)圖

為了獲得互耦較低和波束寬度更寬的天線結(jié)構(gòu)，本文提出一種結(jié)構(gòu)簡單的輔助輻射器，該輔助輻射器由寄生在微帶貼片周圍的金屬圓環(huán)和若干金屬圓柱構(gòu)成。加載輔助輻射器后的天線單元結(jié)構(gòu)如圖2所示，單元結(jié)構(gòu)從上到下依次為輔助輻射結(jié)構(gòu)、微帶貼片、介質(zhì)板和接地板，其中8個金屬圓柱環(huán)形分布于介質(zhì)板中，將輔助輻射環(huán)和接地板相連接。天線加工采用PCB工藝，僅需一張單層高頻板材即可完成，金屬圓柱可通過金屬化通孔的方式加工實現(xiàn)。介質(zhì)基板可選用Rogers或Taconic等公司的高頻板材，本文仿真設(shè)計選用相對介電常數(shù)為3，損耗角正切為0.0013的Rogers RO3003板材，為了保證天線工作帶寬，選用板材厚度為20mil�？紤]上下表面銅層和鍍層厚度，該天線的成品厚度小于0.6mm。天線單元饋電采用單同軸背饋方式實現(xiàn)，饋電端口可根據(jù)工程應(yīng)用需求選用金屬化通孔結(jié)構(gòu)，利用SMP/SSMP系列高頻連接器與T/R組件模塊連接；也可選用金屬圓盤結(jié)構(gòu)，適用于毛紐扣等彈性連接器；還可以和T/R組件通過多層PCB或LTCC等工藝一體化集成。傳統(tǒng)的圓形微帶貼片天線通過開槽可產(chǎn)生兩個正交簡并模而實現(xiàn)圓極化，矩形微帶貼片天線圓極化則可通過對角線饋電來實現(xiàn)。兩種微帶貼片周圍加載輔助輻射結(jié)構(gòu)后，天線單元的仿真結(jié)果對比如圖3和圖4所示。由仿真曲線可見，兩種微帶貼片的原始輻射方向圖波束寬度窄、增益高，最大增益可達7.3d Bi；加載后，天線單元的最大增益下降，但波束寬度有所展寬，由于受環(huán)形輻射結(jié)構(gòu)的影響，天線單元輻射方向圖的對稱性也有所改善。圖4的軸比曲線圖顯示，兩種天線單元的圓極化特性受環(huán)形輻射器的影響很小。

由圖3和圖4的仿真曲線可知，盡管加載后天線單元的輻射方向圖對稱性有所改善，但在兩個正交剖面，天線波束還是偏向Theta角的正方向；另外，天線單元軸比隨著角度增大在不斷增加。這兩個因素將在一定程度上影響二維相控陣天線大角度掃描時的輻射增益和軸比性能。為了獲得更加對稱的掃描方向圖，需要進一步優(yōu)化天線單元性能�？紤]到更改天線單元結(jié)構(gòu)會增加天線的結(jié)構(gòu)復雜度和加工難度，故采用優(yōu)化子陣性能的思路來解決該問題。圖4 天線單元軸比圖


本文編號：2925771