一種疊層雙頻圓極化天線

一種疊層雙頻圓極化天線

雙頻圓極化設(shè)計(jì)的思路微帶天線的優(yōu)點(diǎn)是框架低、重量輕、體積小，主要缺點(diǎn)是振幅。在實(shí)際的應(yīng)用中,有時(shí)要求微帶天線在頻率間隔較大的兩個(gè)頻段圓極化工作。雙頻圓極化微帶天線的設(shè)計(jì)思路有兩個(gè):一是增加單個(gè)微帶天線的帶寬,將需要的兩個(gè)頻段包含到微帶天線的帶寬內(nèi);另一是使微帶天線工作在離散的兩個(gè)頻段。對(duì)頻率間隔較小的雙頻圓極化微帶來說,第一種思路是可行的,但對(duì)頻率間隔較大的兩個(gè)頻段,這種方法顯然就不可行了。后一種思路則克服了頻率間隔大小這個(gè)限制,理論上,它適用于頻率間隔任意大的雙頻圓極化微帶天線。1極化微帶天線層疊起來的構(gòu)建這里采用后一種思路,設(shè)計(jì)了如圖1所示的一種雙頻圓極化天線。該天線由工作在兩個(gè)頻段的單點(diǎn)饋電圓極化微帶天線層疊起來,形成雙頻圓極化天線。工作頻率高的微帶天線放在上層,用高介電常數(shù)的介質(zhì)基板;工作頻率低的微帶天線放在下層,用低介電常數(shù)的介質(zhì)基板。這樣,低頻微帶天線的輻射貼片足夠大,可以作為上層高頻微帶天線的地,上層高頻微帶天線的輻射貼片足夠的小,不影響下層低頻微帶天線的輻射。2在疊加層的微帶中，二維地震數(shù)據(jù)集的技術(shù)要點(diǎn)2.1微帶天線的元微擾原理單點(diǎn)饋電圓形圓極化微帶天線有多種形式,圖2所示的是最常見的一種。單點(diǎn)饋電的圓極化微帶天線利用簡(jiǎn)并分離元微擾技術(shù),在普通圓形微帶天線的基礎(chǔ)上,加入微擾,形成簡(jiǎn)并分離,適當(dāng)調(diào)節(jié)微擾量,使天線產(chǎn)生兩個(gè)正交極化波的簡(jiǎn)并模,其中一個(gè)模電壓的相位比另一個(gè)模的模電壓超前90°,這樣在遠(yuǎn)區(qū)就形成了圓極化。其設(shè)計(jì)方法成熟,在此不再重復(fù)。2.2圓形微帶天線的振幅輸入阻抗對(duì)疊層的雙頻微帶天線來說,上層微帶天線的饋線要通過下層的微帶天線基板。如何通過下層的微帶基板完成對(duì)上面的天線饋電,同時(shí)又不影響下層微帶天線的輻射,這是疊層雙頻微帶天線的主要技術(shù)難點(diǎn)。基本的圓形微帶天線是在介質(zhì)基板上貼一層圓形金屬貼片,基板的另一面是地板?；瑑?nèi)部的電場(chǎng)只有Z向分量,磁場(chǎng)只有x分量和y分量。通過求解電磁場(chǎng),可以得到基片中的電場(chǎng)。分量為Ez=E0J1(kρ)cosφ(1)Ex=0(2)Ey=0(3)Ez=E0J1(kρ)cosφ(1)Ex=0(2)Ey=0(3)圓形微帶天線貼片上任意一點(diǎn)的諧振輸入阻抗為R=h2E20J1n(kρ0)2PT(4)R=h2E02Jn1(kρ0)2ΡΤ(4)通過計(jì)算知,ρ0=0時(shí),R=0。也就是說,圓形微帶天線貼片中心點(diǎn)的諧振輸入阻抗為0。所以,如果在圓形微帶天線的中心將輻射貼片接地,不會(huì)影響圓形微帶天線的內(nèi)部電場(chǎng)分布和外部的輻射場(chǎng)。在疊層雙頻微帶天線的設(shè)計(jì)中,利用這個(gè)特性,在下層微帶天線中心插入一個(gè)金屬圓柱,將下層微帶天線的中心用金屬柱短路,上層微帶天線的饋電探針和介質(zhì)套穿過短路金屬圓柱對(duì)上層微帶天線饋電。這樣既完成了對(duì)上層微帶天線的饋電,又對(duì)下層微帶天線的影響很小,解決了疊層微帶天線中上層微帶天線的饋電問題。2.3介質(zhì)覆蓋對(duì)微帶天線振幅的影響在疊層微帶天線中,下層微帶天線被上層微帶天線的基板覆蓋,相當(dāng)于介質(zhì)覆蓋的天線。介質(zhì)的覆蓋將對(duì)微帶天線的特性阻抗、諧振頻率、Q值等產(chǎn)生影響,主要的影響是使下層微帶天線的諧振頻率向低頻偏移。由于介質(zhì)覆蓋微帶天線的設(shè)計(jì)十分復(fù)雜,所以在實(shí)際工程設(shè)計(jì)中,先對(duì)下層微帶天線作粗略的設(shè)計(jì),然后采用調(diào)試的方法得到精確的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)。3微帶天線的設(shè)計(jì)步驟〈1〉獨(dú)立設(shè)計(jì)下層的圓形圓極化微帶天線。因?yàn)橄聦游炀€被上層微帶介質(zhì)板天線覆蓋,所以對(duì)下層微帶天線要按介質(zhì)覆蓋的微帶天線進(jìn)行設(shè)計(jì)。①首先計(jì)算無介質(zhì)覆蓋的下層圓形微帶天線的圓半徑R′。R′可由式(1)求出。R′=K1+2hπεr2K{ln(πK2h)+1.7726}√(5)R′=Κ1+2hπεr2Κ{ln(πΚ2h)+1.7726}(5)其中,K=8.794frεr√?hΚ=8.794frεr?h為基板的厚度,fr的單位為GHz。②粗略考慮介質(zhì)覆蓋,得到有介質(zhì)覆蓋的下層微帶天線貼片的半徑R。εe1=εr+12+εr?12(1?10h2R′)?0.5(6)R=R′εe1√(7)εe1=εr+12+εr-12(1-10h2R′)-0.5(6)R=R′εe1(7)其中,εr1為上層微帶天線基板的相對(duì)介電常數(shù),εe1為上層微帶天線基板的等效介電常數(shù)。這里所求的R是粗略的,因?yàn)槿绻唇橘|(zhì)覆蓋天線來設(shè)計(jì),設(shè)計(jì)方法較煩雜。這里先粗略設(shè)計(jì),在做出調(diào)試件,然后再進(jìn)行調(diào)試。③初步給定w和d。使2wdπR2≈3%2wdπR2≈3%,但注意不要使w過小。④給定饋電點(diǎn),夾角φ≈40°,r≈0.3R?！?〉按步驟〈1〉的①、③、④步驟設(shè)計(jì)上層微帶天線。〈3〉在步驟〈1〉的基礎(chǔ)上,將下層的微帶天線基板將中心打金屬孔,對(duì)下層天線進(jìn)行單獨(dú)的仿真,調(diào)節(jié)饋電點(diǎn)的位置。金屬孔的大小應(yīng)根據(jù)上層微帶天線的饋電點(diǎn)到中心的距離來確定。〈4〉將兩個(gè)頻段天線組合進(jìn)行仿真,調(diào)節(jié)天線的各個(gè)部分的尺寸和兩個(gè)天線的饋電點(diǎn)位置,直到仿真得到的指標(biāo)滿足設(shè)計(jì)要求為止。〈5〉按仿真得到的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)做出模樣件,對(duì)模樣件進(jìn)行調(diào)試,直到天線符合指標(biāo),然后從模樣件得到新的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)。4設(shè)計(jì)思想和方法設(shè)計(jì)實(shí)例,令頻率為f1,f2,兩個(gè)頻率的微帶天線都要求軸向增益大于4.5dB,仰角大于10°時(shí)增益大于-4.5dB,軸比小于3dB,駐波要求小于2。采用上面的設(shè)計(jì)思想和設(shè)計(jì)步驟,將低頻f1放在下層,采用聚四氟乙烯層壓玻璃纖維覆銅板;將高頻f2放在上層,采用高介電常數(shù)的材料。根據(jù)上面的設(shè)計(jì)步驟,經(jīng)過反復(fù)調(diào)試,得出最后