低剖面宽带圆极化微带天线详细教程

微带天线由于其低成本、低轮廓、小体积、易于集成和共形，以及能方便地实现线极化和圆极化等优点在各种通信系统中得到了广泛的应用。单馈点圆极化微带天线由于其简洁、紧凑的结构，得到了研究人员的广泛关注，但其设计难度远远超过线极化微带天线和多馈点圆极化微带天线。常见的单馈点圆极化微带天线形式主要有开槽贴片、方形切角贴片、准方形贴片和圆形贴片。由于它们的轴比带宽较窄，一般不足3%，严重制约了单馈点圆极化微带天线的应用。为了展宽微带天线的带宽，人们常采用层叠型微带结构。该结构上下两层辐射单元分别对应两个谐振频率，通过调节辐射贴片的尺寸和上下间距使两个谐振带宽紧贴，从而形成双峰谐振，很好的拓展了微带天线的带宽。采用准方形的层叠结构，均获得了13％以上的轴比带宽；Kwok Lun Chung等人采用微带线边馈的层叠方形切角贴片结构，获得了8%的3dB轴比带宽；采用探针底馈式馈电的层叠方形切角贴片天线获得了12.7％的3dB轴比带宽。

本文在方形切角贴片可实现不同旋向圆极化的两个馈点位置都加上端口，一个端口馈电，另一端口附加匹配阻抗。通过馈电端口实现相应圆极化的工作方式，另一端口的阻抗匹配则起到了降低剖面高度的作用。另外，本文天线采用由两层方形切角微带贴片层叠放置的结构，形成双峰谐振回路得到了较宽的轴比带宽。

 天线模型及参数设计

天线结构如图1所示，由两层方形切角贴片、空气层和接地板构成。下层介质：介电常数εr1，损耗角正切tgδ1，厚度t1 ；上层介质：介电常数εr2，损耗角正切tgδ2，厚度t2 ；空气层厚度为h。

图1 天线结构

图2给出了天线的俯视图并给出贴片的尺寸参数，描述为：下层贴片边长p1，切角深度q1；上层贴片边长p2，切角深度q2；两馈电点位置均位于下层贴片的中心线上，馈电端口位于沿x方向的中心线上，距离右边缘d1；匹配负载位于沿y方向的中心线上，距离下层贴片的下边缘d2。

图2 天线俯视图及尺寸参数

天线下层采用t1 = 3mm、εr1 = 4.4、tgδ1 = 0.02的FR-4基片；上层采用t2 = 1.5mm、εr2 = 2.55、tgδ2 = 0.0011的聚四氟乙烯基片。上下层贴片的初始边长取为：p1＝42.6mm，p2＝71.4mm。上下两方形贴片的微绕量q1和q2的计算。采用HFSS软件对p1、p2、q1、q2、d1、d2、h等参量反复调节，以获取最宽的轴比带宽。