一種疊層雙頻圓極化天線(xiàn)

一種疊層雙頻圓極化天線(xiàn)

雙頻圓極化設(shè)計(jì)的思路微帶天線(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)的設(shè)計(jì)思路有兩個(gè):一是增加單個(gè)微帶天線(xiàn)的帶寬,將需要的兩個(gè)頻段包含到微帶天線(xiàn)的帶寬內(nèi);另一是使微帶天線(xiàn)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(lái)說(shuō),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(xiàn)。1極化微帶天線(xiàn)層疊起來(lái)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(xiàn)。該天線(xiàn)由工作在兩個(gè)頻段的單點(diǎn)饋電圓極化微帶天線(xiàn)層疊起來(lái),形成雙頻圓極化天線(xiàn)。工作頻率高的微帶天線(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)的輻射貼片足夠大,可以作為上層高頻微帶天線(xiàn)的地,上層高頻微帶天線(xiàn)的輻射貼片足夠的小,不影響下層低頻微帶天線(xiàn)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(xiàn)的元微擾原理單點(diǎn)饋電圓形圓極化微帶天線(xiàn)有多種形式,圖2所示的是最常見(jiàn)的一種。單點(diǎn)饋電的圓極化微帶天線(xiàn)利用簡(jiǎn)并分離元微擾技術(shù),在普通圓形微帶天線(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)的振幅輸入阻抗對(duì)疊層的雙頻微帶天線(xiàn)來(lái)說(shuō),上層微帶天線(xiàn)的饋線(xiàn)要通過(guò)下層的微帶天線(xiàn)基板。如何通過(guò)下層的微帶基板完成對(duì)上面的天線(xiàn)饋電,同時(shí)又不影響下層微帶天線(xiàn)的輻射,這是疊層雙頻微帶天線(xiàn)的主要技術(shù)難點(diǎn)?；镜膱A形微帶天線(xiàn)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(guò)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(xiàn)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(guò)計(jì)算知,ρ0=0時(shí),R=0。也就是說(shuō),圓形微帶天線(xiàn)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(xiàn)的中心將輻射貼片接地,不會(huì)影響圓形微帶天線(xiàn)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(xiàn)的設(shè)計(jì)中,利用這個(gè)特性,在下層微帶天線(xiàn)中心插入一個(gè)金屬圓柱,將下層微帶天線(xiàn)的中心用金屬柱短路,上層微帶天線(xiàn)的饋電探針和介質(zhì)套穿過(guò)短路金屬圓柱對(duì)上層微帶天線(xiàn)饋電。這樣既完成了對(duì)上層微帶天線(xiàn)的饋電,又對(duì)下層微帶天線(xiàn)的影響很小,解決了疊層微帶天線(xiàn)中上層微帶天線(xiàn)的饋電問(wèn)題。2.3介質(zhì)覆蓋對(duì)微帶天線(xiàn)振幅的影響在疊層微帶天線(xiàn)中,下層微帶天線(xiàn)被上層微帶天線(xiàn)的基板覆蓋,相當(dāng)于介質(zhì)覆蓋的天線(xiàn)。介質(zhì)的覆蓋將對(duì)微帶天線(xiàn)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(xiàn)的諧振頻率向低頻偏移。由于介質(zhì)覆蓋微帶天線(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)。因?yàn)橄聦游炀€(xiàn)被上層微帶介質(zhì)板天線(xiàn)覆蓋,所以對(duì)下層微帶天線(xiàn)要按介質(zhì)覆蓋的微帶天線(xiàn)進(jìn)行設(shè)計(jì)。①首先計(jì)算無(wú)介質(zhì)覆蓋的下層圓形微帶天線(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)基板的相對(duì)介電常數(shù),εe1為上層微帶天線(xiàn)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(xiàn)來(lái)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(guò)小。④給定饋電點(diǎn),夾角φ≈40°,r≈0.3R。〈2〉按步驟〈1〉的①、③、④步驟設(shè)計(jì)上層微帶天線(xiàn)?！?〉在步驟〈1〉的基礎(chǔ)上,將下層的微帶天線(xiàn)基板將中心打金屬孔,對(duì)下層天線(xiàn)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(xiàn)的饋電點(diǎn)到中心的距離來(lái)確定?！?〉將兩個(gè)頻段天線(xiàn)組合進(jìn)行仿真,調(diào)節(jié)天線(xiàn)的各個(gè)部分的尺寸和兩個(gè)天線(xiàn)的饋電點(diǎn)位置,直到仿真得到的指標(biāo)滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求為止?！?〉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(xiàn)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(xiàn)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(guò)反復(fù)調(diào)試,得出最后