一种双馈正交极化天线阵的设计

1 引言

圆极化天线被广泛应用于通信，雷达，电子测量，广播电视等领域。双馈正交极化特性在移动通信和卫星接收等领域也非常重要。圆极化和双极化微带天线具有低剖面特性，因此这方面的研究备受重视。

国内外已经有不少双馈正交极化天线阵的研究，其中双极化探针馈电多层微带贴片天线阵被广泛应用。采用探针馈电非常有利于天线和馈电网络之间的阻抗匹配，但是不利于大型天线阵的加工。微带线共面馈电贴片天线阵具有同样的问题，共面馈电形式的两套馈电网络非常不容易布阵。缝隙耦合双极化微带天线阵减小了贴片因馈线影响产生的交叉极化，但馈电网络位于同一层时，组阵仍然困难。

本文采用微带线和缝隙耦合分别激励单片矩形贴片的两个正交基模模和辐射，贴片与馈电网络结构的对称性保证了两种馈电端口很好的隔离度，实现正交极化时具有好的隔离度，形成圆极化时得到好的轴比；同时馈电网络位于不同层，因此易于组成大阵列。首先对工作于8.64GHz的双馈单元天线设计，然后设计了两种4´4的天线阵，用于研究两个馈源之间的隔离度和形成圆极化时的轴比。研究结果表明，两正交极化馈源端口隔离度大于40dB，交叉极化小于-22dB，形成圆极化天线时，获得轴比小于3dB的带宽为6%。

2正交极化贴片单元设计

本文选择矩形微带贴片作为辐射单元，分别采用微带线和缝隙耦合分别激励单片矩形贴片的两个正交基模模和辐射。天线结构如图1所示，由三层结构组成，从上到下分别为：第一层的介质板上表面蚀刻着辐射贴片和共面馈电的微带线，第二层是开了矩形缝隙的接地板，第三层介质板下表面分布着缝隙耦合馈电的微带线。介质板采用厚度为0.813mm的RO4003（）。

图1天线单元结构图