一種提高天線增益的有效方法

1 引言

在厘米波段，許多光學(xué)原理可以用于天線方面。光學(xué)中，利用透鏡能使放在透鏡焦點上的點光源輻射出平面波。同理介質(zhì)透鏡在厘米波段和毫米波段內(nèi)能夠十分有效的產(chǎn)生高方向性波束，同時介質(zhì)材料價格低廉，能量損耗小，所需加工精度較低，非常適合批量生產(chǎn)，所以毫米波介質(zhì)透鏡天線正在被廣泛應(yīng)用到寬帶無線通信。

衛(wèi)星接收天線多采用圓極化形式的設(shè)計,由于圓極化波的抗干擾特性,即反射回來的電磁波極化方向相反,引入的損耗小,也不存在線極化波極化面旋轉(zhuǎn)的問題,介質(zhì)透鏡覆層對天線的影響可以降到最低,故能有效地效提高天線工作性能的穩(wěn)定性。

2 加介質(zhì)覆層前后天線特性參數(shù)比較

加入覆層后，會對方向圖、駐波比等有一定影響，從下圖2、3、4可以看出有覆層和沒加覆層時帶寬和方向性變化很明顯，這是因為此介質(zhì)覆層結(jié)構(gòu)的通帶頻段內(nèi)，對頻段內(nèi)的電磁波實現(xiàn)匯聚作用，由于覆層的作用，使槽口天線陣的中心頻率向低端偏移。故在實際應(yīng)用中，我們應(yīng)該合理考慮覆層影響，選擇適當(dāng)?shù)墓ぷ黝l段，以達到最佳的效果。

圖1 腔體縫隙天線前端加介質(zhì)透鏡

圖2，圖3給出了無覆層和有覆層時圓極化縫隙天線方向圖增益比較，從藍色增益曲線可以看出,在不加介質(zhì)覆層時，對于單環(huán)縫隙天線,中心頻率12GHz其主瓣最大增益為10.8dB,半功率波瓣寬度為74°;當(dāng)加了高折射率介質(zhì)層后,從橙色增益曲線可以看出其增益達到13.5dB,半功率波瓣寬度為36°,增益提高了2.7dB。這對縫隙天線來說,其增益增加的程度相當(dāng)可觀。圖4給出了無覆層和有覆層時圓極化縫隙天線的駐波比比較，加上介質(zhì)覆層后，在所需的工作頻段內(nèi)駐波比均小于1.2。當(dāng)加上介質(zhì)層時,在介質(zhì)覆層作用下,該天線的方向圖呈現(xiàn)很明顯的匯聚現(xiàn)象，駐波比也有了明顯的改進。

圖2 加介質(zhì)透鏡的前后的增益比較
（藍色、橙色分別為加介質(zhì)覆層前后的增益曲線）

圖3 加介質(zhì)透鏡前后向圖比較
（藍色、紅色分別為加介質(zhì)覆層前后的方向圖）

圖4 加介質(zhì)透鏡前后駐波比比較（藍色、紅色分別為加介質(zhì)覆層前后的駐波比曲線）