宽波束介质谐振器天线研究

• 作 者: 杨宁
• 出 处: 西安电子科技大学
• 发表日期: 2021年05期
• 关键词: 宽波束 介质谐振器天线 圆极化 内嵌金属探针 金属枝节

介质谐振器天线（DRA）具有传统微带天线的优点,并且其损耗几乎不随着频率的升高而升高,所以逐渐受到人们的关注。介质谐振器一直以来都是用于微带电路中的滤波器和振荡器设计,它是作为一个储能元件被人们所认识的。一直到1983年,Long设计了一款圆柱形DRA之后,有关介质谐振器天线的研究也越来越多。近年来,在卫星通信和相控阵雷达的应用领域,对天线的波束宽度的要求越来越高。所以,对有关宽波束天线的研究是有重大的现实意义的。本文主要对宽波束介质谐振器天线做了深入研究。本文的研究成果主要可以归纳为以下两点:1.基于内嵌金属探针的宽波束介质谐振器天线研究:利用两种模式叠加的原理设计了一款宽波束矩形介质谐振器天线。矩形介质块放置在尺寸为2λ_g×2λ_g的地板上,介质块两侧放置了金属墙。通过在介质块中嵌入金属探针,可以激励一种类似于₂₁模式的模式,本文中称为′₂₁模式。通过调节金属探针的高度,使′₂₁模式和₁₁叠加,将天线的E面和H面波束宽度在工作带宽内展宽到140°以上。论文详细分析了两种模式的方向图叠加的原理,以及在介质块两侧添加金属墙的影响,仿真与实测的结果基本吻合。天线的工作频率是8.1GHz-8.7GHz,阻抗带宽7.1%,带宽内的平均增益3.3d Bi。2.基于地板寄生金属枝节的宽波束圆极化介质谐振器天线研究:根据矩形介质谐振器天线理论和圆极化理论,设计了一款宽波束圆极化介质谐振器天线。为了实现矩形介质谐振器天线的圆极化特性,采用相位差为90度的两个端口在矩形介质块相邻的两个侧面馈电。通过设计一分二微带电路实现功率均分到两个端口,并通过设计微带线的长度实现90度相位差。为了展宽天线的波束宽度,在地板的四个角落增加了四个金属枝节,四个金属枝节等效为四个垂直于地板的偶极子天线。论文研究了金属枝节长度与高度对天线方向图的影响,还使用MATLAB仿真了等效二元偶极子天线方向图随单元间距变化的情况。通过综合考虑多个变量的影响,选择合适的参数实现宽波束。仿真与实测的结果基本吻合。天线的轴比带宽3.93GHz-4.1GHz,轴比带宽内天线的半功率波束宽度展宽到180度左右。