天线的双频双圆极化技术国内外研究现状综述

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对于天线的双频双圆极化技术国内外的研究者们进行了深入研究，成就颇丰，部分研究成果已应用于实际的工程，以下简要介绍一下目前国内外的研究现状。

C. F. Jou，J.-W. Wu和C.-J. Wang等人在2009年设计出了一种宽带双频圆极化单极天线[6]。通过在接地板上嵌入一个倒转的L型狭缝，形成了宽阻抗带宽的共振模式，并且激励了两个幅度相等相位相差90°的电场矢量，从而产生了2.5 GHz的左旋圆极化和3.4 GHz的右旋圆极化。同时在矩形辐射器上切角，进一步提高了阻抗带宽。测得的阻抗带宽为4.46 GHz (2.12 GHz-6.58 GHz)，3 dB轴比带宽低频段为150 MHz，高频段为230 MHz。但这种单极天线的增益较小。C.-W. Hsu，S. -K. Lin，Y.-C. Lin在2012年提出了一种不对称的交叉偶极子双频双圆极化天线[7]，通过选取不等长臂，来使天线工作在双频段，同时调整臂的馈电位置，可以获得任意的圆极化辐射波。印刷交叉偶极子天线在实现圆极化性能上有很多优点，如设计简单、全向辐射性能好、高辐射效率和低制作成本等。在2015年，S. Ye，J. Geng，X. Liang，Y. J. Guo和R. Jin设计出了一种利用不同单元来实现的紧凑的双频正交圆极化天线阵列[8]。单元是层叠的切角贴片，从而可以实现共用孔径的左旋圆极化（12 GHz）和右旋圆极化（14 GHz）。这种设计可以有效地减小两个频段之间的耦合，从而提高频段之间的隔离度。由4个阵元组成的阵列在双频段内隔离度都优于20 dB，低频的最高增益为13.2 dBic，高频为13.9 dBic。接收天线和发射天线共用孔径，这样有利于实现天线的小型化。但两种分离的馈电网络用来同时实现两种频率的左旋圆极化和右旋圆极化，这就要求使用多层介质板，增加了成本和阵列的复杂性。47854

顺序旋转法广泛地应用于宽轴比带宽的圆极化微带天线的设计中。顺序旋转技术是提高天线圆极化带宽的一种有效的方法。圆极化贴片和线极化贴片都可以使用顺序旋转技术来获得圆极化性能。J. Huang在1986年首次提出了用顺序旋转法来实现圆极化[9]。通过这项技术，天线的复杂性、重量、射频损失都会明显的降低。以2×2阵列为例，阵元的角方向和馈电的相位可以是0°，90°，0°，90°，也可以是0°，90°，180°，270°。各个贴片不同的角方向是为了形成两个相互正交的极化平面，同时不同的馈电相位则是为了提供形成圆极化所需要的相位延时。当阵元的角方向和馈电的相位依次为0°，90°，180°，270°时，阵列的轴比带宽明显增加论文网。

利用顺序旋转法，国内外的研究者们设计出了多种宽带双频圆极化微带天线。2013年A. B. Smolders，R. M. C. Mestrom，A. C. F. Reniers和M. Geurts设计了一种共用孔径的双频圆极化微带阵列天线[10]。通过顺序旋转法，利用线极化单元来实现圆极化，每个贴片都通过接地板上的两个狭缝，利用两个耦合在贴片上的微带线来馈电。2×2天线阵列的轴比在双频段内均小于1.2 dB(4 GHz和6 GHz)，同时不同模式之间的隔离度在双频段内都大于26 dB。但这种设计馈电网络较复杂。C. Deng，Y. Li，Z. Zhang和Z. Feng等人在2014年设计出了一种顺序相位馈电的宽带圆极化微带贴片天线[11]，通过优化贴片切角的尺寸以及顺序相位馈电网络，获得三种调谐且匹配的圆极化工作模式，从而较之前的顺序相位馈电单层介质板贴片天线阵列而言，大大提高了圆极化贴片天线的圆极化带宽以及阻抗带宽。其设计的2×2天线阵列的-10 dB阻抗带宽为1.03 GHz(5.20-6.23 GHz)，3 dB轴比带宽为0.7 GHz(5.25-5.95 GHz)，相对带宽为12.7%。结合多种贴片单元的工作模式是提高阵列带宽的一种新型方法。切去贴片单元对角线上的两个角不但可以提高贴片的轴比特性，还能够在对角线上分离出两个正交的工作模式，从而能提高阵列的带宽。2016年Jin-Dong Zhang，Wen Wu和Da-Gang Fang通过工作在不同频的两个圆极化贴片，采用旋向相反的顺序旋转馈电结构，得到了宽带的双频双圆极化微带阵列天线[12]。最终得到的天线在12.1 GHz时是右旋圆极化，相对带宽和3 dB圆极化带宽分别为8.3%和14.2%，在17.4 GHz时是左旋圆极化，相对带宽和3 dB圆极化带宽分别为18.9%和14.9%。这种方法采用单层介质板共用孔径的结构，馈电网络比较简单。