文摘

一个紧凑的宽带圆极化微带缝隙天线(CP) (MSA)和寄生元素设计在这封信。CP MSA由矩形磁滞回线sequential-phase (SP)喂养配置,四个矩形旋转,和四个l形槽嵌在地面平面。矩形磁滞回线SP喂养结构组成一个正方形环和一个弧形地带,这将提供一个270°相位差。四个旋转矩形补丁放在矩形磁滞回线的边缘喂食配置使用一个电容性紧密耦合的方法来刺激CP共振模式。在选择这些元素和调优的维度,广泛操作带宽4.38 | -5.25 GHz (18%)年代₁₁| < -10分贝和4.65 - -5.31 GHz(13.2%)可以实现基于“增大化现实”技术的< 3 dB。因此,设计CP MSA在无线通信有潜在的应用价值。

1。介绍

由于明显的优点,天线阵列已大量用于无线通信系统。与单天线单元相比,天线阵列有优秀的特征的宽的带宽,增益高,稳定的辐射模式(1,2]。相反,圆偏振(CP)天线获得相当大的注意力在卫星和移动通信3,4]因为他们杰出的特征克服极化的失调,降低多路径干扰对线性极化天线。因此,CP天线阵列(CPAAs)自然被显著的研究,因为他们的结合两种结构的优点。

到目前为止,提出了几种有效的方法设计CPAAs [5- - - - - -10]。比较和分析这些结构,馈电网络天线阵设计中是至关重要的。例如,两个T结权力分隔器连接作为一个连续的阶段(SP)转移给网络(5),两个相移掉期和1:8功率分配器结合带状线喂养网络(6],威尔金森力量组合器和延迟线路被用作波束形成网络(7]。其中喂养策略,SP喂养网络潜在的候选人之一天线阵列的设计,这可能激发一个稳定和SP的不同端口的馈线。当SP喂养网络引入的设计2×2 CPAAs,阻抗带宽(IBW)和轴向比率(AR)的带宽CPAAs同时可以改善。SP喂养网络可以分类如下:串并联喂养结构(11,12[],aperture-coupled结构9),共面waveguide-fed结构(13),和一个矩形磁滞回线旋转馈电网络结构14- - - - - -22]。

此外,基于SP馈电网络,堆叠技术有效地CPAAs [21- - - - - -25]。圆(21和矩形22]补丁作为寄生元素堆积在SP旋转进料结构,分别实现6%和28.1%的CP带宽。虽然堆叠结构增强了CP带宽,CPAAs太高的形象来满足系统集成的要求。

本研究发展一项新计划的CP微带缝隙天线(MSA)和2×2数组和低调的特征。拟议中的CP MSA由矩形磁滞回线SP馈电网络,四个矩形旋转,和四个l形槽嵌在地面平面。正方形的矩形磁滞回线SP馈电网络由循环和一个弧形地带,这将提供一个270°相位差。四个旋转矩形补丁放在矩形磁滞回线的边缘喂食配置使用一个电容性紧密耦合的方法来刺激一个CP共振模式。在选择这些元素和调优的维度,广泛的操作带宽4.38 -5.25 GHz (18%) |₁₁| <−10 dB和4.65 - -5.31 GHz(13.2%)可以实现基于“增大化现实”技术的< 3 dB。

2。天线设计

2.1。天线配置

图1展示了整个结构和详细的提出了几何CP MSA SP喂养特色。拟议中的CP MSA组成四个矩形尺寸(l1×l2,l3×l4)、4l形槽的尺寸(D4×D5×D6),一个矩形磁滞回线SP馈电网络,与内部和外部包括一个矩形磁滞回线边长(D2×D3),和一个不同半径的弧形地带(R1×R2)。输出矩形磁滞回线馈电结构和矩形顶部的衬底(罗杰斯,5880εr₁= 2.2,H1 = 1.524毫米,黄褐色δ= 0.0009),而l槽是底部的衬底上蚀刻而成的。高频全波模拟器是用来调整提出CP MSA的尺寸,和优化大小列出如下:l= 55.4毫米,W= 55.4毫米,l1 = 18毫米,l2 = 19.2毫米,l3 = 3毫米,l4 = 2.9毫米,D1 = 2.6毫米,D2 = 9.2毫米,D3 = 13.2毫米,D4 = 19.9毫米,D5 = 25.1毫米,D6 = 2.6毫米,R1 = 1.6毫米,R2 = 3.8毫米,H1 = 1.524毫米。

2.2。天线的机制

揭示的运作机制提出CP MSA,人物2(一个)显示四个进化模型(Ant。我对蚂蚁。(四)模型描述一个循序渐进的设计过程,并比较,数据2 (b)和2 (c)显示相应的|年代₁₁|和AR值。注意,矩形磁滞回线(TM SP可能激发的基本结构模式₁₁),和相应的共振频率点(f₁₁)可以调整使用的平均周长广场循环,和公式如下17]: 在哪里ε_r代表基体的介电常数,c代表光的速度,D2,D3代表矩形磁滞回线边长。当弧形带的长度是波导波长的四分之一,90°相位差可以获得,这是一个激动人心的CP共振模式的必要条件。而不是使用传统的放置方法,四个矩形/平方补丁的边缘平方环(16,17,22),我们选择了四个矩形旋转在广场的角落循环(Ant。我通过间接耦合)。如图2,蚂蚁。我有四个旋转矩形有两个基于“增大化现实”技术的谐振点,用AR值小于3 dB。这是因为矩形磁滞回线SP结构可以提供一个稳定的连续相(0°、90°、180°和270°)。当四个l形带分别与矩形磁滞回线,蚂蚁。我已经可怜的回波损耗和AR值。提高CP带宽的蚂蚁。二世,l形带和矩形引入蚂蚁。三世。3 dB ARBW和−10 dB IBW的蚂蚁。第三可以改善。然而,蚂蚁的CP性能。三世不如蚂蚁。我,这意味着4 l型条不增加带宽。此外,当l作为寄生槽形地带蚀刻到地平面,ARBW IBW的蚂蚁。第四可以增加。关于性能改进,引入了l型槽可以生成一个新的电流路径和扩展前面的当前路径,,AR谐振点。最后,该天线可以实现宽−10 dB IBW的19.8% (5.64,5.08 -6.2 GHz)和3 dB ARBW 17.5% (5.5, 5.02 -5.98 GHz)。此外,表1提出了一个与以前公布的CP天线来展示我们的设计性能优越。从表中,尽管CPBW和峰值增益的天线不如一些天线在表引用1,提出了天线特性的新的设计和低调,该天线的最大贡献。

2.3。表面电流分析

了解底层CP工作原理图3描述了模拟表面电流分布提出CP MSA的矢量特性。的相应连续阶段0°、90°也标记在图3。观察到表面电流在0°、90°是正交的,这是一个激动人心的CP的必要条件,在矩形贴片表面电流主要分布,少量分布在边缘l型槽,无论是在低频率(4.7 GHz)或高频(5.2 GHz)。注意,在矩形贴片表面电流l形槽与不同阶段(0°、90°)是正交的。拟议中的CP MSA的总表面电流的矢量和表面电流的边缘上l形槽和矩形。如图3总表面电流可以逆时针旋转不同阶段(0°、90°)AR谐振点(4.7和5.2 GHz)。因此,拟议的CP MSA辐射右手+ CP波z方向。此外,根据上面的分析,我们可以得出结论,蚀刻l形槽引入一个新的电流路径,使地平面参与辐射。此外,提出CP MSA的CP带宽可以改善。

3所示。实验结果

在本节中,一个模拟的模型提出了CP MSA印刷和测试来验证设计的合理性。|年代₁₁|值测试通过矢量网络分析仪(VNA),基于“增大化现实”技术的同时,增益和辐射模式值由Satimo流动测试系统。相比较而言,数据4和5描述了相应的模拟和测量结果。注意,测量了3 dB ARBW−10 dB IBW 13.2% (4.98, 4.65 -5.31 GHz)和18.0% (4.815,4.38 -5.25 GHz),而模拟结果13.7% (4.95,4.61 -5.29 GHz)和17.6% (4.88,4.45 -5.31 GHz),分别。基于模拟和测量结果的测量和模拟CP带宽12.1% (4.95,4.65 -5.25 GHz)和13.7% (4.95,4.61 -5.29 GHz)。模拟收益和天线的辐射效率和测量环境照片所示的数字4 (c)和4 (d),分别。测量的收益小于模拟在整个频段由于测量误差。模拟和测量峰值收益是10.2和9.1 dBi,和模拟辐射CPBW效率大于90%。此外,图5描述了归一化辐射模式为4.7,5.0和5.2 GHz。图中显示的模拟和测量左CP波不到右手CP部分至少20 dB的yoz xoz-plane,表明,拟议中的CP MSA可以辐射右手CP波。由于制造误差和测量环境,小测试和模拟值之间的差异可以被发现。

4所示。结论

在这项研究中,一个紧凑的宽带CP MSA寄生元素设计。拟议中的CP MSA由一个矩形磁滞回线SP馈电网络,四个矩形旋转,和四个l型槽嵌在地面平面。矩形磁滞回线SP提要网络组成一个正方形环和一个弧形地带,这将提供一个270°相位差。四个旋转矩形补丁放在矩形磁滞回线的边缘喂食配置使用一个电容性紧密耦合的方法来刺激一个CP共振。CP MSA的带宽可以改善通过结合CP模式产生的寄生元素。在选择这些元素和调优的维度,广泛操作带宽4.38 | -5.25 GHz (18%)年代₁₁| <−10 dB和4.65 - -5.31 GHz(13.2%)可以实现基于“增大化现实”技术的< 3 dB。因此,拟议的CP MSA在无线通信有潜在的应用价值。

数据可用性

使用的数据来支持本研究的发现可以从相应的作者。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

确认

这项研究是由广州(没有基础研究和应用基础研究的基础。202102020883)。