一种双馈正交极化天线阵的设计

为保证两馈源之间的隔离以及辐射极化纯度，与贴片共面的微带线馈线在贴片辐射边的中心馈电，采用两级四分之一阻抗变换线进行阻抗匹配，而不是嵌入式馈电。而用于耦合另一极化馈电的缝隙则是置于贴片正中心位置。天线的中心频率设计为8.64GHz，通过对影响天线单元性能的各个参数的计算和优化，得到一组最优的天线单元尺寸如下：辐射贴片的尺寸是8.9mm´7.2mm，接地板上的缝隙尺寸为1mm´5mm，微带馈线阻抗为100W。天线单元的回波损耗的仿真结果如图2所示，结果显示，1端口和2端口回波损耗小于-10dB的带宽分别为1.4%和2.2%。1端口和2端口之间的耦合小于-50dB，具有很高的隔离度。图3为两端口分别馈电时天线E面辐射方向图，可以看出两个正交极化情况下，天线的交叉极化分别为-29dB和-33dB。当贴片单元两正交极化辐射的馈电相位差达到±p/2的时候，可以实现圆极化。圆极化时的轴比仿真结果如图4所示，从图中可以看出，轴比小于3dB的带宽从8.2GHZ开始，远远大于阻抗带宽。如果采取宽带的多节阻抗匹配转换线，天线单元则可以获得较宽的阻抗带宽，且阻抗带宽内均有很好的轴比特性。

图2单元天线的回波损耗

图3天线单元E面方向性图

图4单元天线的轴比

34´4双馈正交极化天线阵的设计

由于天线单元的两馈电微带线分别设计在不同层面，因此采用功分器进行并馈，很容易扩展为天线阵列。本文对4´4的正交极化天线阵进行设计，对给定极化的馈电，在主极化方向进行同幅同相馈电，而在交叉极化方向则采用对称结构，进行同幅反相馈电，进一步抑制交叉极化，提高两馈电端口的隔离度。天线结构如图5所示。天线S参数的仿真结果如图6所示，图中显示天线两个馈电端口的回波损耗仿真值为别为2.3%和1.2%，端口1和端口2的隔离度大于40dB。图7为两端口分别馈电时得到的E面方向图，可以看出两正交极化情况下，天线的交叉极化分别为-26dB和-22dB。当两端口馈电幅相相位满足阵列圆极化条件时，得到轴比的仿真结果如图8所示，显示出小于3dB的轴比带宽达到6%。

图54x4天线阵列结构图