1 引言

由于印刷寬縫隙天線具有寬帶阻抗、單金屬層和易與有源電路集成等優(yōu)點，因而在設(shè)計軸比帶寬增強的圓極化天線中被越來越多地選用。通過在方形縫隙中設(shè)計微擾結(jié)構(gòu)，這類天線可以實現(xiàn)一個較寬的軸比帶寬。微擾結(jié)構(gòu)包括加載一個十字型貼片，一個T型地板金屬帶，一對L型地板金屬導(dǎo)帶，或從饋線延伸出L型可調(diào)枝節(jié)和一對地板導(dǎo)帶。

本文提出的寬帶圓極化縫隙天線的微擾結(jié)構(gòu)是在地板的兩個角的方形導(dǎo)帶上加載E形縫隙。3 dB軸比帶寬可以通過改變E型縫隙的中間縫隙的長度來調(diào)整，最優(yōu)的3 dB 軸比帶寬可達(dá)32.8%，對應(yīng)中心頻率為2165 MHz，VSWR≤2的阻抗帶寬可以達(dá)到54.8%。

2 天線結(jié)構(gòu)

所提出的圓極化縫隙天線如圖1所示。天線印制在邊長為G=60 mm，介電常數(shù)為，厚度為h=1.6 mm，損耗角正切為的方形FR4基片上。采用50om共面波導(dǎo)饋電，饋線的長度和縫隙的寬度分別為Wf=4 mm 和g=0.5 mm。伸入到縫隙的輻射單元長為Lt+g，而后面長為Lt的線展寬為Wt=8 mm。地板對角的兩個方形地板邊長為L2=15 mm，在這兩個方形導(dǎo)帶上加載E型縫隙來實現(xiàn)寬帶圓極化輻射。E型縫隙的長和寬都設(shè)計成L=14 mm，中間縫隙的長度為Ls，改變Ls可以調(diào)節(jié)天線的3 dB軸比帶寬而幾乎不影響天線的阻抗帶寬。構(gòu)成E型縫隙的每條窄縫隙的寬度都為W=1 mm。圖示的結(jié)構(gòu)將分別在+z和-z方向上激勵出左旋和右旋圓極化波。

圖1 天線結(jié)構(gòu)圖

如果將對角上的兩個方形地板及E型縫隙換到另兩個對角上，則將在+z和-z方向上激勵出右旋和左旋圓極化波。

圖2 Ls不同尺寸時天線的回波損耗仿真曲線

3 仿真與實驗結(jié)果

為了說明天線的3 dB軸比帶寬可由Ls調(diào)節(jié)，首先研究Ls=0mm時天線的特性。使用電磁仿真軟件Ansoft HFSS仿真得到中心頻率為2315.5MHz，3 dB軸比帶寬為26.5%，VSWR≤2的阻抗帶寬為57%（1420-559 MHz）。當(dāng)Ls增加到Ls=7mm仿真得到3dB軸比帶寬增加到31.4%，中心頻率降低到2113 MHz，而VSWR≤2的阻抗帶寬不變，仍為1420-2559 MHz。隨著Ls增加到Ls=8 mm，可實現(xiàn)較理想的仿真結(jié)果，3 dB軸比帶寬增加到33.4%，中心頻率降低到2088 MHz，而VSWR≤2的阻抗帶寬仍不變。當(dāng)Ls增加到Ls=10 mm，天線的3 dB軸比帶寬為32.2%，而VSWR≤2的阻抗帶寬為和1420-2559 MHz。Ls不同尺寸時對應(yīng)天線的結(jié)構(gòu)參數(shù)和仿真結(jié)果見表1。圖2為Ls不同尺寸時對應(yīng)的回波損耗仿真曲線。圖3為Ls不同尺寸時對應(yīng)的軸比仿真曲線。仿真結(jié)果表明Ls可以方便地調(diào)節(jié)天線的3 dB軸比帶寬，但幾乎不影響VSWR≤2的阻抗帶寬。

表1Ls不同尺寸時天線的結(jié)構(gòu)參數(shù)，仿真的3 dB軸比帶寬和仿真的VSWR≤2阻抗帶寬，各參數(shù)為：，這里的中心頻率是指3 dB軸比帶寬的中心頻率

Ls （mm）軸比中心

頻率MHz3 dB AR 帶寬

MHz， %VSWR≤2 阻抗帶寬MHz，%

02315.52009-2622， 26.5%1420-2559， 57%

721131781-2445， 31.4%1420-2559， 57%

820881739-2437， 33.4%1420-2559， 57%

102242.51881-2604， 32.2%1420-2559， 57%

圖3 Ls不同尺寸時天線的軸比仿真曲線

圖4 Ls=8 mm時天線的回波損耗測量曲線

圖5 Ls=8 mm時天線的軸比測量曲線

圖6 Ls=8 mm時天線在軸比中心頻率

2165 MHz測量的xoz面方向圖

圖4-5分別為天線在Ls=8 mm時的回波損耗測量曲線、軸比測量曲線。從圖可以看出，天線的VSWR≤2阻抗帶寬為1510-2650 MHz （54.8%），軸比帶寬為1810-2520 MHz （32.8%），對應(yīng)中心頻率為2165 MHz。測量的軸比曲線和回波損耗曲線均與仿真結(jié)果吻合。圖6為Ls=8 mm時天線在軸比中心頻率處測量的xoz面方向圖。該天線天線分別在+z和-z方向?qū)崿F(xiàn)左手和右手圓極化特性。圖7為Ls=8 mm時天線在圓極化帶寬內(nèi)的增益測量曲線，在圓極化輻射頻帶內(nèi)，天線的增益最高可過5 dB，最低可實現(xiàn)3.5 dB。圖8為Ls=8 mm時加工的天線實物圖。

圖7 Ls=8 mm時天線在圓極化帶寬內(nèi)的測量增益

圖7 Ls=8 mm的天線實物圖

4 結(jié)論

本文提出了一種新的共面波導(dǎo)饋電寬帶圓極化方形天線。測量得到軸比帶寬超過32%，VSWR≤2阻抗帶寬達(dá)到54.8%。并且軸比帶寬可以方便地通過E型縫隙的中間縫隙的長度來調(diào)整。天線分別在+z和-z方向?qū)崿F(xiàn)了好的左手和右手圓極化特性。