毫米波圆极化微带天线设计与分析

"圆极化微带天线的设计与应用" 在无线通信领域，尤其是航天飞行器的通讯测控中，圆极化微带天线扮演着至关重要的角色。它们因共形性、轻便、体积小以及低成本的特性而被广泛应用。圆极化波的产生是通过微带天线的不同模式和馈电方式实现的，其中关键在于生成幅度相等、相位相差90度的两个正交线极化波。 3.1.1 圆极化波的产生 圆极化波的产生主要依赖于微带天线的贴片形状和馈电点的位置。例如，当馈电点位于贴片的对角线上时，天线可以同时激发两种正交的极化模式，导致辐射出与馈电点对角线平行的圆极化波。常见的单点馈电设计，如准方形、方形切角和带有缝隙的方形贴片天线，都能产生圆极化波。 3.1.2 圆极化波的性质 圆极化波分为左旋圆极化（LCP）和右旋圆极化（RCP），其特点是电场矢量沿传播方向以顺时针或逆时针螺旋方式旋转。圆极化波还可以分解为两个正交的线极化波，这为设计圆极化天线提供了理论基础，即通过产生两个空间上正交、振幅相等且相位差90度的线极化电场分量。 3.2 不同类型的圆极化微带天线 3.2.1 单贴片圆极化微带天线 单个微带贴片可以通过单馈点法或多馈点法实现圆极化辐射。此外，通过使用多个线极化微带贴片或其他微带天线元件也可以产生圆极化波。文献中报道了各种形状的微带天线，如三角形、正方形、圆形、圆环、正五边形和椭圆形等。正方形和圆形天线在实际应用中较为常见，其馈电方式包括正交双馈电和单点馈电。 3.2.1.1 正交双馈电 这种方法需要一个额外的功率分配网络，双正交馈电能使天线激励起两个幅度相等、相位正交的模式，从而实现圆极化。 3.2.1.2 单点馈电 单点馈电不需要功分器，但可以通过调整馈电结构，如使用Wilkinson能量分配器或Branch-Line耦合器，来实现两个相位相差90度的输入能量。 3.2.1.3 常见的馈电结构 - 使用Wilkinson能量功分器的两缝隙耦合馈电圆极化微带天线 - 使用Wilkinson能量功分器的两电容耦合馈电圆极化微带天线 - Branch-Line耦合器的两电容耦合馈电圆极化微带天线 在设计中，通常会在贴片介质和馈电基片之间加入较厚的空气层或泡沫层，以确保两路能量相等且相位相差90度。 圆极化微带天线的设计涉及多种策略，包括选择合适的贴片形状、馈电方式以及馈电网络。这些设计方法不仅考虑了天线的性能，还兼顾了实际应用中的尺寸、重量和成本等因素，使得圆极化微带天线成为现代无线通信系统中的理想选择。