论文研究-低交叉极化和高隔离度的C波段双极化微带天线的设计 .pdf

在合成口径雷达（SAR）系统中，用于成像的天线阵列单元要求具备高隔离度和低交叉极化的特性，以避免成像模糊问题。交叉极化是指天线的一个极化方向上的信号意外地被另一个极化方向接收或发射。端口隔离度指的是天线两个极化端口之间的隔离能力，即一个端口上的信号不会泄漏到另一个端口。为了满足这些要求，本文介绍了一种低交叉极化和高隔离度C波段双极化微带天线的设计。 微带天线是一种平面天线，通常由贴片（微带贴片）和介质基板以及接地板组成，具有体积小、重量轻、易于集成等优点。微带天线的馈电方式有多种，包括探针馈电、口径耦合馈电、临近耦合馈电和共面微带线馈电。每种馈电方式对天线的电性能有不同的影响，其中混合馈电方式能结合不同的馈电技术，达到提高隔离度和降低交叉极化的目的。 本文提出了一种混合激励的双层微带贴片单元设计，该天线的10dB反射损失带宽为840MHz，覆盖了5.1GHz到5.9GHz的C波段雷达频段。该天线在频段内两个极化的交叉极化电平低于-37dB，端口隔离度低于-43dB，方向图前后比大于20dB，且天线增益稳定在9dB以上。 为了得到良好的交叉极化特性，微带天线的贴片单元形状设计需要确保电流分布的规则性，贴片形状如方形贴片或圆形贴片，会根据工作模式（如TM01或TM11）来选择。例如，方形贴片在基模TM01工作时，能够提供更好的交叉极化特性。而圆形贴片在TM11模工作时，偏离中轴的电流会产生交叉极化分量，导致交叉极化电平升高。为了降低交叉极化电平，贴片中心的馈点位置需要调整，但这样做会影响阻抗匹配。 在馈电技术方面，为了获得稳定的低交叉极化电平和高隔离度，除了采用常规馈电技术外，还有通过改变耦合槽形状或使用混合馈电策略来实现。例如，将耦合槽设计成“T”字型或对H形槽的“双臂”进行弯曲，能够提高端口隔离度。混合馈电技术则是结合口径耦合和电容性耦合方式对两个极化端口分别进行馈电，从而在频带内实现高隔离度。 文章中提到的混合激励设计方法，首先分析了贴片单元形状和馈电技术，然后使用数值分析软件进行仿真和优化，从而确定了天线的最终参数和特性。仿真表明，方形贴片与圆形贴片相比，在交叉极化特性上具有明显优势。此外，文章还提到天线的辐射可以通过贴片上分布的电流元进行建模，格林定理可以用来解释天线的辐射特性。 该天线设计还具有结构紧凑的优点，便于拓展成大型的天线阵列。因此，该天线适合用作相控阵天线、合成口径雷达（SAR）天线的阵列单元。这项研究得到了相关科研基金的资助，这表明此研究是当前微带天线设计中的一个创新方向，对于提高雷达天线性能具有重要意义。