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比较几种新型环形圈圆极化微带贴片天线

COMPARISONOFSEVERALNOVELANNULAR-RING

MICROSTRIPPATCHANTENNASFORCIRCULAR

POLARIZATION

X.L.BaoandM.J.Ammann

摘要

几个新型紧凑的圆极化同轴馈电环形圈微带贴片天线进行了实验和数值上的检查。为

了减少天线尺寸和提供合适的输入阻抗匹配，可以采用两种技术：条带插入进环形圈,放置

一个十字槽到地平面。所推荐的具有十字槽地平面的环形圈贴片对于给定频率需要更小的尺

寸。这种星星的贴片天线在规模上相比传统的环形圈贴片天线有效地减小了约55%。这种天

线显示了带宽和良好的圆极化特性。本文对三种新型条载型环形圈贴片天线和附有窄环形圈

与十字槽地平面的紧凑的圆形贴片天线的参数进行了研究和探讨。

1.介绍

小型化微带圆极化天线中的微扰技术是非常受欢迎的。短截线,槽口,或嵌入槽方法通常

用作矩形和圆形贴片天线的扰动段，他们可以激发两个具有同样的振幅和90度相位差的简并

正交模式[1-4]。对于一个给定的频率，环形圈贴片天线[5,6]与方形或圆形贴片天线相比，

有更小的尺寸。在[7-9],加载了一个条带和插槽的环形圈天线可以很好的匹配到50欧姆同轴

探针，并减小了贴片的大小。如果环形圈球圈在内圈增加一对槽口和一个条带,那么天线将

会此显示出圆极化特性。基于孔径耦合微带线馈电的环形圈贴片天线,也被证明产生圆极化

特性[10]。

在本文中,两个增强技术应用于圆极化贴片天线环孔：在环孔嵌入条带和切一个交叉槽

到地平面。对于一个窄环形圈贴片天线,它是很难与50欧姆阻抗的同轴馈电线有良好的匹配。

在在给定频率下，取得紧凑型贴片的尺寸和圆极化特性,这些分支条带用来匹配同轴探针。

这种所推荐的结构可以有效地使贴片天线的尺寸更小化。在环形圈贴片天线上增加地平面十

字槽，可以进一步大幅度削减规模。本文实验性地设计和研究了各种新颖的环形圈圆极化天

线,并且评估了圆极化性能。

2.紧凑的具有各种嵌入式条带的环形圈贴片天线

一般而言,圆形微带贴片天线比矩形贴片小。作为一个参考,我们选择传统的圆形微带贴

片天线。在本文中提出的所有贴片天线是FR4基板衬底,相对介电常数4.2,厚度1.52毫米,损耗

角正切0.02，地平面尺寸为60mmx60mm。

使用一个环形圈贴片天线结构，可以降低相同的贴片外半径的谐振频率。几种不同内半

径（外半径恒为24.8mm）的环形圈贴片天线的模拟回波损耗为图1所示。最佳尺寸参数选为：

外半径扶轮=24.8毫米,内半径R2=7.0毫米,录像、位于内圈的边缘。该中心频率是1.550GHz。

相比较而言，具有相同半径的最佳传统的圆形贴片的回波损耗就显示出来了，其中心频率为

1.742GHz。仿真是利用有限元方法完成。

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图1.不同内圆半径的圆形贴片天线和环形圈天线的回波损耗

为了的得到环形圈天线的圆极化特性，在微带线中嵌入内圈[12],这种天线被命名为A型

天线。A型天线：RX=24.8mm,内半径R2=7.5mm,带宽度w=2.0mm,馈电点坐标(-6.5mm,6.5

mm),中心频率为1.620GHz。我们发现,如果环形圈的内半径增加了，共振频率就减少。但随

着内半径的变大，就会出现高阻抗，并且很难与50Ohms相匹配。所以，一些放置在环形圈

内的匹配带在低频率下可以取得较好的匹配。在本文中，一些新的以前未报告的结构呈现在

图2。如果馈电点的位置选择得当，环形圈贴片天线在给定频率下，会激发产生振幅相同、

相位差为90度的两个正交模式。因此，实现了环形圈的圆极化特性。

图2.几种条载环形圈微带贴片天线的几何坐标系统（a）A型，（b）B型，（c）C型，（d）型

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参考图2.(a)的几何图，图2.(b)-(d)所示为三种使用不同的嵌入式匹配条的新的环形圈贴

片天线。使用最佳化结果，A型、B型、C型天线的尺寸规格[12]都列在表1中。对相同大小

外半径的环形圈，四个不同的圆极化天线的实测回波损耗和轴比性能分别如图3、图4所示。

可以看到,新的几何图形的谐振频率较低,特别是D