一種以空氣為基板的圓極化微帶天線的設計

摘要：設計了一種以空氣為基板的超高頻(UHF)圓極化矩形微帶天線。該天線通過在微帶貼片四周與中心開槽，減小了天線尺寸，實現(xiàn)天線圓極化的性能。進一步研究了天線的參數(shù)對圓極化性能的影響，通過天線參數(shù)的優(yōu)化，使天線達到了良好的圓極化性能。
關鍵詞：微帶天線；圓極化；超高頻；縫隙天線

0 引言
微帶天線由于獨特的結構和多樣化的性能，在各種無線電設備上得到了廣泛的應用。和常用的微波天線相比，微帶天線具有體積小、重量輕、低剖面、能與載體(如飛行器)共形等優(yōu)點。其中圓極化微帶天線，由于它能夠接收任意極化的來波，并且其產生的圓極化輻射波可以被任意極化的天線所接收，從而越來越受到人們的關注。用微帶天線產生圓極化輻射波的關鍵是產生兩個極化方向正交的、幅度相等的、相位相差90°的線極化波。
本文研究了一種中心開槽的圓極化縫隙微帶天線，并用Ansoft HFSS軟件對天線性能進行分析，設計了一種超高頻圓極化微帶天線。

1 天線理論分析與設計
1．1 圓極化理論
根據(jù)腔模理論可知，一個形狀規(guī)則的單片微帶天線由一點饋電可產生極化正交、幅度相等的兩個簡并模，但不能形成90°相位差。為了在簡并模之間形成90°相位差，需在規(guī)則形狀的單片微帶天線上附加一簡并模分離單元。當簡并模分離單元大小選擇合適時，對工作頻率而言，一個模的等效阻抗相角超前45°，而另一個模的等效阻抗相角滯后45°，這樣就形成了圓極化輻射。選擇合適的模分離單元的大小和位置以及恰當?shù)酿侂娢恢檬窃O計這種圓極化微帶天線的主要內容。
如圖1所示，圖1(a)表示矩形微帶天線的坐標位置；圖1(b)表示附加簡并分離單元△s的矩形微帶天線，其中饋電點在x軸或y軸上的矩形微帶天線稱為A型；饋電點在對角線上的矩形微帶天線稱為B型。

對于B型一點饋電的矩形圓極化微帶天線來說，產生圓極化的簡并分離單元△s的大小為：

式中：s為微帶貼片的面積；Q0為天線總的品質因數(shù)。