馈电网络是天线阵必不可少的一部分,对天线阵的影响至关重要。目前,对微带馈电网络的设计主要集中于如何减小其杂散辐射从而降低插入损耗和抑制交叉极化。而本文反其道而行之,打破传统设计思路,研究如何提高馈电网络的辐射能力,并将其辐射电磁波的极化设计为与天线阵相同的极化,以提高微带天线阵的性能,具有重要的意义。具体完成的创新工作包括:(1)提出了一种辐射线极化波的一分四功分器。该功分器由两个一分二反相功分器并联而成,每个反相功分器主要由一个270°扇形贴片构成。通过优化扇形贴片的尺寸可使贴片左右两侧输出端口之间具有等功率反相特性,而一部分能量则通过扇形贴片以圆极化波的形式辐射到其法线方向。为实现整个一分四功分器辐射线极化波,将两个反相功分器上下对称排列,并在中心点馈电,使得两个反相功分器辐射等幅且分别为左旋和右旋圆极化波,从而叠加为一个线极化波。此外,该功分器应用于中心馈电的2×2天线阵,无需额外的180°移相器。所提出的一分四功分器在9.215～9.640GHz范围内,输入回波损耗大于15dB,各输出端口对应的插入损耗为7.4±0.2dB,左右输出端口之间的相位差为180±3°;输出端口接匹配负载时,辐射增益为9dBi,交叉极化鉴别率达40dB。结果表明所提出的一分四功分器实现了线极化辐射和等功率反相输出功能。(2)提出了一种辐射圆极化波的一分四功分器。该功分器包含两个一分二圆极化功分器,每个圆极化功分器包含一个具有五边形缺陷结构的方形贴片。将两个圆极化功分器按中心对称的方式排列,并在偏离中心点四分之一波长处馈电,使得馈电方向相反的两个圆极化功分器辐射相同的圆极化波。所提出的一分四功分器在5.49～6.05GHz范围内,输入回波损耗大于12dB,各输出端口对应的插入损耗为8.6±1.0dB,上下输出端口之间的相位差为180±12.5°;输出端口接匹配负载时,辐射增益为5dBi,3dB轴比带宽为11.8%,具有良好的圆极化辐射特性。(3)以所提出的线极化一分四功分器为馈电网络,设计了一款X波段船用雷达微带天线阵。为了使天线阵结构紧凑,馈电网络输出端级联串馈子阵。馈电网络与串馈子阵的主极化均为水平极化。此外,将串馈子阵中的馈线改进为阶跃阻抗微带线,以降低副瓣电平。为验证该方法的有效性,设计并制作了一个包含28个圆形贴片单元的9.41GHz微带天线阵。测试结果显示,阻抗带宽为183MHz,增益为21.3dBi;水平面和垂直面的副瓣电平分别为-27.8dB和-21.4dB;主瓣内交叉极化鉴别率大于57dB。实测表明线极化馈电网络提高了天线阵的增益和有效地降低了交叉极化。(4)以所提出的圆极化一分四功分器为馈电网络,设计了一款中心频率为5.8GHz的宽带圆极化微带天线阵。为了将天线单元与馈电网络集成到同一平面,提出了一种新型单馈侧耦合圆极化天线单元。该天线单元包括三角缺陷的方形贴片和半波长U形侧耦合微带线。通过调整U形侧耦合微带线两端的枝节长度,可改善天线单元的圆极化性能;通过调整天线贴片及其缺陷结构尺寸可将圆极化工作频段移动到阻抗匹配频段内,从而获得3dB轴比带宽为5.2%的单馈圆极化微带天线单元。此外,将微带天线单元与圆极化馈电网络都设计为右旋圆极化,进一步展宽圆极化带宽和提高增益。为了验证该方法,设计并制作了一个包含4个天线单元的5.8GHz圆极化微带天线阵。测试结果显示,天线阵的增益提高到了 14.1dBi,3dB轴比带宽提高到了7.24%。实测表明圆极化馈电网络提高了天线阵的增益和圆极化带宽。