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当前,随着无线通信的不断发展,对圆极化天线的需求越来越大,圆极化天线可以接收任意极化波,并且它发射的极化波又可以被任何极化天线收到,所以圆极化技术越来越多的应用在全球定位,通信等领域。本文对圆极化天线阵列进行了深入的研究,该天线阵列的天线单元是基于基片集成波导(Substrate Integrated Waveguide:SIW)结构的背腔缝隙天线,天线阵列的馈电网络则采用的一种顺序旋转馈电方式。研究具体研究工作如下:
(1)以背腔式缝隙辐射天线作为研究对象,研究缝隙天线的辐射原理,加入传统的金属腔体将缝隙天线的双向辐射改造为定向辐射。通过改良传统金属腔体,引入与传统金属腔体等效的SIW结构构成的腔体代替传统金属腔体使得天线单元高度小于λ0/50大大低于传统的金属腔体λ0/4。这样天线单元既具有类微带天线重量轻,成本低,易于批量生产等特点,又克服了缝隙天线因为双向辐射给系统带来电磁兼容问题,改进后的SIW背腔缝隙天线还具有剖面低,轻便,体积小,易于同其他电路集成等特点。
(2)以馈电网络为研究对象,引入顺序旋转馈电网络,通过分析天线阵中各端口在不同相位分布时的极化方式、辐射性能等选用相位为0°、90°、180°和270°的极化方式,并且通过在馈电网络中加入阻抗变换器等方式来改变耦合度。这样该天线阵列比原来的单个圆极化天线具有更高的增益和阻抗带宽、轴比带宽,与其他端口相位分布方式相比交叉极化情况更好,比未加阻抗变换器的网络拥有更宽的阻抗带宽和轴比带宽。
优化设计后得到单个天线单元带宽为170MHz,最大增益为5.9dB,其厚度小于λ0/50。而天线阵采用2×2天线单元顺序旋转馈电的方法来实现圆极化后,其阻抗带宽和3-dB轴比(Axial Ratio:AR)带宽分别为470MHz和70MHz。天线阵工作频率为10GHz时的最大增益为7.8dB,前后比为14.3dB,最大交叉极化电平为-19.6dB。结果表明该天线阵拥有良好的辐射性能,具有低损耗,轻便,易于制作集成平面电路等特点。