并行角饋雙極化微帶天線陣的分析與設(shè)計new

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1、第卷第期電子科學(xué)學(xué)刊年月并行角饋雙極化微帶天線陣的分析與設(shè)計高式昌鐘順時上海大學(xué)通信工程系上海摘要本文提出利用雙端口的并行角饋實現(xiàn)雙極化夭線,并設(shè)計了一種新的雙極化饋線網(wǎng)、、,絡(luò)綜合運用了多端口網(wǎng)絡(luò)模型腔模理論分片法和補片法給出了各天線單元和雙極化饋線網(wǎng)絡(luò)的理論分析方法實際設(shè)計了一副頻段的單層共面的四元天線陣,實測的雙端口隔離度達一,其性能明顯優(yōu)越于通常的單層雙極化微帶天線陣列關(guān)鍵詞微帶天線,夭線陣列,并行角饋,雙極化中圖號引言現(xiàn)代衛(wèi)星通信領(lǐng)域的頻譜資源日益緊張,通過采用雙極化天線技術(shù),可使它的通信容量增加一倍城市內(nèi)的陸地移

2、動通信中則可通過采用雙極化天線實現(xiàn)極化分集接收,以抗多徑傳播現(xiàn)象導(dǎo)致的多徑衰落效應(yīng)雷達系統(tǒng)和通信的其他領(lǐng)域中也常常需要雙極化天線。微帶天線本身具有薄、輕和容易制作等優(yōu)點,利用它來實現(xiàn)雙極化陣一直是人們非常關(guān)心的問題。,一通常認為對于微帶線雙饋的方形貼片天線只有當兩個饋電點分別位于兩條垂直邊,。,一一’的中點時才能獲得最大的雙極化隔離度其值在到左右目前國內(nèi)外較多的雙極化微帶天線陣亦是基于此原理實現(xiàn)的,但這些雙極化陣列的隔離度一般都只有約一左右【卜最近有報道采用雙層或更多層的口徑禍合結(jié)構(gòu),利用不同層的天線陣分別實現(xiàn)不同的極化,以

3、實現(xiàn)較高的隔離度,但這種天線陣結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜,制作比較困難,造價也高本文從實用角度出發(fā),研究最簡單的單層結(jié)構(gòu),采用雙端口的并行角饋來實現(xiàn)微,、、帶天線的雙極化并提出一種新的雙極化饋線網(wǎng)絡(luò)基于多端口網(wǎng)絡(luò)模型腔模理論分片法和補片法,給出該陣列的天線單元和饋線網(wǎng)絡(luò)的分析。最后介紹一副頻段的元陣的設(shè)計和測試結(jié)果雙極化天線單元我們采用雙端口的并行角饋方形貼片作為雙極化天線陣列的單元,如圖所示貼,、、‘片的兩條邊長度均為相對介電常數(shù)基板厚度和饋線寬度分別為和假定遠小于工作波長入,故微帶天線的分析可采用平面微波電路的模型根據(jù)分片法,將天線單

4、元分解為塊,即塊、和,如圖所示。由多端口網(wǎng)絡(luò)模型,各塊周圍為若干個具,。、,有一定寬度的端口緊密排列相鄰塊之間通過各個端口互連在塊連接處稱塊,。、,、的各個端口為端口塊邊的為端口在塊連接處稱塊塊邊的分別為、。,、,端口端口塊可視為一正方形塊減去兩個三角形即塊如圖所示在塊、連接處,塊邊的為端口,塊的其余端口稱為端口在塊、的連接一一收到,一一定稿國家自然科學(xué)基金和電子部所天線與微波技術(shù)重點實驗室資助項目電子科學(xué)學(xué)刊卷臥「土釗今了圖并行角饋的雙極化天線單元處,塊邊的為端口,塊的其余端口為塊和塊的兩個輸出端口分別為端口。和。、,呂。

5、塊為長寬的微帶線利用微帶線的平面波導(dǎo)模型得其格林函數(shù)為,心〔,、,、,,、,、,,、了口。‘工‘扮凡二凡夕軍,,、。國蘆氣可,二、、夕氣又甘工,工,一一一丁一甲一丁下尸一一二萬一一一一一氣氣口口,‘日‘司口一呂八‘」夕,山三鉀‘‘月于‘———”飛幾—一山式中,二,乞,,、,,,兒凡?！病丁虿?。,,、計算中用二代替其具體公式見文獻為求塊由補片法可先求塊和的,,。,夕。,阻抗矩陣塊為正方形貼片由本征展開得格林函數(shù)引其表達式為上、,式中和二都用代替為考慮天線的輻射損耗表面波損耗等效應(yīng)同時避免多端口網(wǎng)絡(luò)模型中確定

6、邊緣各端口電導(dǎo)的困難,這里采用了腔模理論中已被實驗證明是較成功的做,。,,。法即用凡代替以沂不刃萬元刃為初值用迭代法來確定棍其具體方法見文獻,一類似地,為避免多端口網(wǎng)絡(luò)模型中確定邊緣各端口電容的困難,計算中采用。代替。。?！?。一十‘。,由其周圍切向磁場為零為等效相對介電常數(shù)塊為等腰直角三角形的條件得其格林函數(shù)為,‘產(chǎn),,、尹,,、,、國戶、。,,。。氣,下,爪口氣岑少氣夕。芯,芯,夕一一二一,下一丁,下成萬一一尸了幾二,‘乙召十幾了‘一社夕‘凡,‘,一飛九一田式中期高式昌等并行角饋雙極化微帶天線陣的分析與設(shè)計,、、·幾一梅了

7、二型一。梅梅,亞氣夕一不廠一—叨—切塊上的端口藝和端口之間的互阻抗為、、衛(wèi)、、。,,。,乞叨‘叨,。、‘?？谄蚩??？谄蚝头謩e為端和端的寬度和分別為沿端和的積分由式可求出塊的阻抗矩陣一鱺際類似地,由式求出塊、塊的阻抗矩陣為,一一勒,到凳?到假定塊的阻抗矩陣為一口通口通口且一由于結(jié)構(gòu)的對稱性,塊和的阻抗矩陣相同利用塊、、間的邊界匹配條件,即切向電場和切向磁場連續(xù),合并塊、、的阻抗矩陣,將其與塊的阻抗矩陣等價,得到塊的阻抗矩陣,,,一,一‘、一,一‘。一了了,一‘。一“’盡此心幾心此幾了礴心此。。、一’了,一了一‘。,盡乙此心易心

8、」心‘’,,一了一‘。,一’二。,,盡幾之心此曇。,。一’。,,一了一’。“一。,幾幾此乙之心幾此由天線結(jié)構(gòu)的對稱性,塊的阻抗矩陣與塊的阻抗矩陣相等。將塊和塊、的阻抗,口矩陣依次合并最后推得兩個輸出端和的阻抗矩陣一一‘卜【云才」【況廣【」具廣」【刁才」【髯、」況廣【幾,異廣」一‘【幾?！?