近(jin)年(nian)來(lai)，隨(sui)著(zhe)現(xian)代(dai)微(wei)波(bo)通(tong)信(xin)的(de)發(fa)展(zhan)，寬(kuan)帶(dai)圓(yuan)極(ji)化(hua)微(wei)帶(dai)天(tian)線(xian)的(de)發(fa)展(zhan)越(yue)來(lai)越(yue)受(shou)到(dao)研(yan)究(jiu)者(zhe)的(de)重(zhong)視(shi)，各(ge)種(zhong)形(xing)式(shi)的(de)寬(kuan)帶(dai)圓(yuan)極(ji)化(hua)微(wei)帶(dai)天(tian)線(xian)層(ceng)出(chu)不(bu)窮(qiong)。而(er)左(zuo)手(shou)材(cai)料(liao)則(ze)以(yi)其(qi)基(ji)於(yu)集(ji)總(zong)電(dian)容(rong)、電感周期加載結構的形式更被廣泛地應用到寬帶化、小型化微波器件領域。在有關文獻的基礎上
，設計了一種中心頻率為1．8 GHz的寬帶90°功分移相器，並通過L型探針結構給微帶貼片饋電
，從而提高了這種天線的圓極化帶寬。

 

1 天線結構

 

該天線的結構示意圖如圖l所示。該天線通過Wilkinson功分移相器將輸入能量分成兩路幅值相同
、相位差為90°的(de)信(xin)號(hao)。這(zhe)兩(liang)路(lu)信(xin)號(hao)通(tong)過(guo)探(tan)針(zhen)耦(ou)合(he)饋(kui)電(dian)到(dao)圓(yuan)形(xing)輻(fu)射(she)貼(tie)片(pian)。這(zhe)種(zhong)結(jie)構(gou)可(ke)以(yi)在(zai)金(jin)屬(shu)棒(bang)和(he)天(tian)線(xian)金(jin)屬(shu)片(pian)之(zhi)間(jian)引(yin)入(ru)更(geng)大(da)的(de)容(rong)抗(kang)，從(cong)而(er)可(ke)以(yi)補(bu)償(chang)探(tan)針(zhen)本(ben)身(shen)帶(dai)進(jin)來(lai)的(de)高(gao)感(gan)抗(kang)，進(jin)一(yi)步(bu)增(zeng)加(jia)天(tian)線(xian)和(he)底(di)板(ban)之(zhi)間(jian)的(de)高(gao)度(du)。為(wei)了(le)盡(jin)最(zui)大(da)可(ke)能(neng)增(zeng)加(jia)帶(dai)寬(kuan)，本(ben)設(she)計(ji)引(yin)入(ru)的(de)混(hun)合(he)空(kong)氣(qi)介(jie)質(zhi)層(ceng)不(bu)失(shi)為(wei)一(yi)個(ge)非(fei)常(chang)有(you)效(xiao)的(de)方(fang)法(fa)，該(gai)方(fang)法(fa)不(bu)但(dan)可(ke)以(yi)方(fang)便(bian)地(di)得(de)到(dao)介(jie)電(dian)常(chang)數(shu)為(wei)1的de空kong氣qi層ceng，而er且qie可ke以yi在zai普pu通tong的de介jie質zhi層ceng上shang方fang便bian的de印yin刷shua饋kui電dian網wang絡luo。為wei了le擴kuo展zhan天tian線xian的de圓yuan極ji化hua帶dai寬kuan，本ben文wen使shi用yong了le寬kuan帶dai圓yuan極ji化hua天tian線xian結jie構gou，該gai天tian線xian由you三san部bu分fen組zu成cheng，其qi中zhong基ji於yu介jie質zhi板ban的de饋kui電dian網wang絡luo層ceng的de輸shu入ru特te征zheng阻zu抗kang為wei50Ω

，介質板為邊長W的正方形
；而處在空氣層中半徑為Rs的L型金屬棒的長度為L1
，高度為H1，超出天線的邊緣距離為S1；第三部分是用於輻射的金屬片
，其直徑為D，離地麵的高度為H。

圓形貼片的主模是TMll模，根據上述天線結構，TMll模的場能量集中在空氣層。若激勵單元的諧振頻率為f，激勵模式為TMll模。那麼，當貼片形狀為圓形，激勵板半徑為a時，則有：

 

 

根據上述公式，選擇基片的介電常數和厚度，就可以得到需要頻率點的初始圓形貼片尺寸。本設計選擇基片厚度為0．8 mm，介電常數為2．2的介質板Arlon Diclad 880（tm）做饋電網絡的基板，空氣層介電常數為l
，中心頻率為1．8GHz。而(er)在(zai)確(que)定(ding)圓(yuan)盤(pan)高(gao)度(du)時(shi)，為(wei)了(le)擴(kuo)展(zhan)帶(dai)寬(kuan)，可(ke)將(jiang)貼(tie)片(pian)與(yu)基(ji)板(ban)間(jian)距(ju)離(li)拉(la)大(da)，但(dan)是(shi)
，隨(sui)著(zhe)它(ta)們(men)之(zhi)間(jian)高(gao)度(du)的(de)增(zeng)大(da)，方(fang)向(xiang)圖(tu)將(jiang)不(bu)再(zai)具(ju)有(you)良(liang)好(hao)的(de)輻(fu)射(she)特(te)性(xing)
，且(qie)帶(dai)寬(kuan)增(zeng)加(jia)將(jiang)不(bu)再(zai)明(ming)顯(xian)，一(yi)般(ban)可(ke)將(jiang)高(gao)度(du)選(xuan)擇(ze)在(zai)0．1～0．15λ之間
，同時為了能讓L型金屬棒起到更好的饋電作用，這裏取H=20 mm（0．11λ）比較合適。通過公式（1）可以得到初始圓形貼片的直徑為104 mm。其他參數的取值為：W=180 mm，L1=36 mm
，H1=ll mm
，Sl=14 mm


，Rs=l mm。通過HFSS軟件的優化仿真
，可得到最佳貼片直徑D為76．5 mm。

 

2 寬帶功分饋電設計

 

Wlnkinson功分器的結構如圖2所示。該功分器可以看作一個三端口網絡。端口1為輸入端
，端口2、3為輸出端

，兩端間互相隔離。功分器的兩個分支線的特征阻抗是。對兩個輸出端分別加入CRLH-TLs和傳統傳輸線，則可使兩端口具有90°的相位差。

 

 

假設3端口為普通傳輸線，在中心頻率f0=1．8 GHz處的相位為-54°，那麼
，通過Agilent公司的ADS軟件計算得到的線長為18．3 mm。由於普通傳輸線的線性特性
，可以很容易得到f1=1．5 GHz和f2=2．1 GHz處的相位分別為φR（f1）=-45°和φR（f）=-63°。

 

2端口加入CRLH-TLs後
，頻率f1和f2處的相位

 

 

根據式（6）可以得到CRLH-TLs中RH-TLs的結構
，再由式（5）、（7）以及匹配阻抗可得到L
、C的大小值。取N=2

，可得到RH-TLs的長為3．1-mm
，LH部分L=11．5 nH，C=4．6 pF。這樣
，便可使用ADS搭建電路並優化仿真。

 

3 仿真結果

 

圖3所示為仿真得到的S11、S21
、S31、S22、S33和S23參數曲線
，圖4所示為加入左手結構後兩端口的相位比較。

 

 

從圖3所示的S參數曲線和圖4所示的相位比較圖可以明顯發現
，加入CRLH-TLs結構後，兩端口的傳輸特性仍能達到要求，而且在1．28～2．53GHz範圍內的端口相位差滿足90°±5°，這是普通微帶線根本無法比擬的。

 

 

根據未加入饋電網絡時軟件仿真結果
，本設計的雙饋點圓極化天線結構的S11小於-lO dB時的帶寬為30％（1．46～1．94 GHz）
，增益＞5 dB時的帶寬為62．2％（1．25～2．37 GHz）。顯然
，相對於普通介質基板的圓極化天線，新天線的帶寬已有了很大的提高。

 

4 結束語

 

本文用左手微帶線和傳統的右手微帶線分別級聯在Wilkinson功分器上
，並將其作為寬帶天線的饋電網絡
；從(cong)而(er)設(she)計(ji)了(le)一(yi)種(zhong)新(xin)型(xing)寬(kuan)帶(dai)圓(yuan)極(ji)化(hua)貼(tie)片(pian)天(tian)線(xian)，該(gai)天(tian)線(xian)在(zai)各(ge)項(xiang)性(xing)能(neng)指(zhi)標(biao)上(shang)均(jun)表(biao)現(xian)突(tu)出(chu)，各(ge)項(xiang)指(zhi)標(biao)較(jiao)傳(chuan)統(tong)雙(shuang)饋(kui)電(dian)型(xing)圓(yuan)極(ji)化(hua)天(tian)線(xian)均(jun)具(ju)有(you)顯(xian)著(zhu)提(ti)高(gao)。