文摘

摘要bi-port,单层(平面),双圆极化贴片天线(CP)与改进的s波段卫星遥测和遥控interport隔离应用程序。双端口,平面天线基于方形散热器与修剪角落实现CP的励磁特性(RHCP和LHCP)各自的港口。然而,射频两个端口之间的隔离很低由于强劲的功率泄漏传输(T_x)传输(R_x)端口。使用的外部可调自干扰消除(原文如此)电路实现高隔离正交港口而轴向比率(AR)≤3 dB右和左旋圆偏振模式。雇佣晃SIC电路/循环达到高interport隔离通过信号反演机制。拟议中的天线设计达到≥72分贝峰值interport隔离除了≥30 dB和15分贝端口,端口隔离的隔离或碳化硅15 MHz带宽和90 MHz (−10 dB带宽两个端口),分别。端口,端口隔离性能得到了改进天线辐射特性没有明显降低。验证模型,提出了基于单一平面天线元素特征更好的测量interport隔离性能相比双CP印刷天线早些时候报道通过详细比较认可

1。介绍

为了消除极化校准的要求的卫星天线空间联系,双圆极化散热器部署喂盘式卫星通信终端天线(1,2]。这样的圆极化(CP)卫星通信天线的应用提供灵活的发射机和接收机天线的方向3]。双重CP天线也可以发挥至关重要的作用最小化衰落损耗和频率重用应用程序可以利用。正常情况下,双CP波导角部署作为卫星天线天线的提要。然而,双重CP微带贴片天线可以作为提要等非常有用的应用程序,因为他们可以提供一个低调,容易制造、一致,方便与其他射频集成块传输和接收链。这种双重CP微带天线也可以作为有用的构建块孔径在卫星通信和提要数组。

interport隔离是决定参数确定的可行性双重CP微带天线(平面)卫星通信的应用程序。整个系统噪声温度或噪声图是高度依赖于饲料interport耦合天线(4]。例如,在接收模式操作,高天线之间的互耦的港口将会增加接收机的等效噪声温度在卫星地面终端。因此,使用双CP饲料较低的天线或贫穷interport隔离将降低系统灵敏度通过直接贡献额外的噪音。

然而,它是非常困难的和极具挑战性的任务高interport隔离共享孔径(散热器)双重CP特色天线由于存在垂直和水平电场分量在每个CP模式(RHCP和LHCP)。双端口天线与之前报道的工作线性co-polarized特征主要集中在抑制interport耦合通过信号反演方法消除电路(5)或均衡接收模式操作(6)实现线性co-polarized特色高interport隔离天线。的组合信号反演和微分接收模式技术提供了很好的interport隔离等线性co-polarized天线(5]。然而,微分基础隔离技术是不可行的共享CP天线孔径修剪角落。

在这篇文章中,一个平面,方角辐射单元与单一的角落削减或利用截断产生双重CP特点当兴奋从各自的正交港口。避免多层单层天线结构复杂的印刷电路板(PCB)或堆叠结构,用于常规双CP天线。改进interport隔离是通过一个信号反演方法之间解耦网络正交CP元素的港口。晃一下手机解耦网络由两个三分贝耦合器,可调移相器,电压控制衰减器。可调自干扰消除(原文如此)电路还提供目的设置隔离在峰值频率的可能性在天线的阻抗带宽。

剩下的纸是组织如下。部分2细节的设计和模拟双端口的特点,双圆极化天线基于单一的方形元素和修剪。部分3礼物的设计、仿真和分析的双重CP天线集成晃SIC循环实现改进的隔离T_x和R_x港口。天线的实现细节和测量结果与SIC集成电路提出了部分4。结论是在一节5。

2。两口,双圆极化天线元素

提出的双CP天线基于方形辐射单元有两个正交提要如图1。双重CP的特点是通过适当的角落削减或截断当补丁兴奋从各自的活动放在港口。天线设计厚度在1.6毫米FR4基板(ε_r= 4.4,谭δ= 0.02)。

拟议的双重CP天线模拟利用Keysight先进设计系统(ADS)和基于软件(7]。corner-trimmed机制生成两个正交电组件以同样大小和90°相位差当补丁兴奋通过各自的港口生产CP特征如图2。该天线将右旋圆极化(RHCP)端口1兴奋时,同样的,这是左旋圆极化(LHCP)端口2激发。角落截断拓扑提供了优势实现CP天线在单层PCB(辐射单元,以同侧的PCB)相比其他喂养配置包括cross-slot美联储,圆偏振补丁(8基于三层堆叠结构。

模拟反射系数(S₁₁,年代₂₂(S)和interport耦合₂₁结果提出bi-port,双CP天线如图3。10 dB回波损耗带宽提出了双端口,双重CP天线比为每个端口75 MHz从仿真结果。如预期从模拟interport耦合和明确的结果,双重CP贴片天线端口都不孤立隔离级别仅8分贝。

Ansys基于模拟实现增益峰值和轴向比率的结果提出corner-trimmed, CP天线在图4。为简便起见,只有端口1的模拟结果提出了激发(RHCP模式)。由于提出了天线结构的对称性,模拟实现增益峰值和轴向比率结果端口2 (LHCP)将为RHCP所观察到的相同的模式。从仿真结果图4,提出CP天线达到轴向比率(AR)≤1 dB的模拟实现增益峰值比4.8 dBi中心设计2.4 GHz的频率。此外,正如从AR和θ仿真结果图5,天线达到一个更广泛的3 dB基于“增大化现实”技术的波束宽度。

Ansys基于模拟得到不同φ和θ结果削减(Ф= 0°、45°和90°),如图所示6RHCP模式(端口1激发)。模拟孔径增加大约是4.7 dBi的所有三个Ф削减。这些模拟结果表明良好的CP天线的特点,因为它提供了几乎相同的增益水平不同的φ值(Ф)。提出双CP天线的增益可以通过使用低损耗增强衬底将提高印刷补丁提供更多的辐射效率增益水平。

3所示。与SIC双圆极化天线电路提高隔离

验证后提出了天线的辐射特性,双端口的interport隔离,双重CP天线部分中给出2改善了通过使用一个外部SIC端口1和端口2之间的电路。外部SIC电路是由两个三分贝耦合器,可调射频衰减器,电压控制移相器如图7。3分贝耦合器1放置在端口1用于利用射频信号通过耦合器在端口2添加修改版本2。使用可调衰减器和移相器实现信号反演所需条件T_x信号(5]。这些信号反演条件要求射频信号从每个路径(通过天线和SIC网络)应该平等级和180°时相结合在端口2取消。如前所述在图3,天线interport耦合−8分贝左右需要同样水平的耦合通过国家信息网络以及180°这些两个信号之间的相位差。

SIC的interport隔离改进功能电路和双CP天线在Keysight广告支持通过联合仿真软件。联合仿真示意图如图8bi-port的EM模型,双CP天线是用于模拟示意图。衰减器和移相器在SIC循环调整设置所需的SIC条件实现高隔离端口1和端口2。并给出了仿真结果图9interport隔离性能结果的双重CP天线有或没有SIC电路提出了比较。

明确从图9,峰值隔离≥73分贝2.43 GHz频率相比∼8分贝时没有SIC电路使用。因此,超过65分贝提高峰值隔离是由碳化硅电路。此外,模拟隔离≥30 dB和18 dB 20 MHz至100 MHz带宽内,分别作为结果在图注明9。

提到很重要,SIC外部电路的功能是高度敏感期和衰减变化的衰减器和移相器在SIC循环这样的变化将直接影响目标信号反演条件。SIC电路有能力调整或抑制interport隔离退化造成环境的实时反映部署场景提出了双重CP天线(5]。拟议的SIC机制提供窄带隔离性能随着晃SIC电路限制设置只针对单一频率信号反演SIC条件理想。然而,two-tap SIC电路可以提供相对宽带隔离或碳化硅性能演示(9]。

可调SIC电路可用于设置隔离级别频率峰值通过衰减和相位变化为目的设置SIC条件频率。换句话说,任何频率峰值内隔离可以实现所需的双重CP天线的阻抗带宽。这里介绍三例病例是通过模拟如图10。SIC电路调谐达到≥70 dB interport隔离在2.4 GHz, 2.43 GHz, 2.46 GHz频率如图10。因此,碳化硅带宽也可以根据要求调整无线通信链路。例如,20 MHz SIC乐队≥30 dB隔离是2.39 GHz 2.41 GHz的峰值的情况下隔离等级2.4 GHz的频率。同样,它是2.45 GHz 2.47 GHz的峰值的情况下隔离等级在2.46 GHz频率调谐。

4所示。原型与晃SIC集成电路天线

验证模型或原型bi-port,双重CP印刷天线综合晃SIC网络如图11。完整的结构上实现1.6毫米厚的单层FR4基板ε_r= 4.4和褐色δ= 0.02。显示在图11,3 dB定向耦合器是基于微带耦合线拓扑。这些定向耦合器的耦合端口是用于开发各自的港口的射频信号,如图11。的SMD版本jsphs - 2484 +和伊娃- 3000 + mini-circuits运用可变衰减器和移相器,分别。伊娃- 3000 +可变衰减器提供了典型的衰减变化为3.5 dB 24分贝的调优8 V为0 V的电压范围,而jsphs - 2484 +可变移相器可以提供相位变化0°- 180°时,调优15伏直流电压是不同的从0到。

验证模型提出了天线的特点是通过试验在实验室环境中,环境可能导致严重退化的倒影interport隔离性能的天线。然而,使用碳化硅网络提供能力来实现高interport隔离甚至在这种环境反射的存在。interport隔离的特点实现天线记录通过调优的可变衰减器和移相器设置循环衰减和相位值建立所需的SIC条件。调优以这种方式将实现所需的最佳隔离级别在共鸣频率trimmed-corner补丁(如前所述)。测量的年代₁₁,年代₂₂,年代₁₂结果双端口、双CP天线提出了综合SIC网络图12。从测量结果图12,隔离高峰超过72分贝的2.45 GHz频率天线与晃SIC集成网络的验证模型相比大约8分贝隔离的情况下天线没有SIC电路。此外,记录隔离级别≥30 dB和15分贝SIC 15 MHz带宽和90 MHz,分别。

收益和轴比和峰值频率测量结果RHCP和LHCP模式验证模型的角落补丁结合SIC的双端口网络图所示13。从这些测量明显,峰值增益比4.5 dB RHCP和LHCP模式,每个模式都通过各自的兴奋端口天线的原型(图11)。测量增益水平高于4.3 dB在整个操作天线的带宽。这表明没有明显的降解时产生的辐射性能的碳化硅网络两个港口之间用于改善interport隔离了双端口贴片天线的性能。此外,轴比和频率的测量结果对天线样机表明比3.5 dB轴向比率在整个实现的双重CP天线的阻抗带宽。

轴向比率的实验结果和仰角(θ)激发的港口(RHCP和LHCP模式)给出了天线的原型图14。提出了双端口,双重CP天线提供了非常广泛的3 dB轴向比率在高程平面波束宽度明显了图中所示的测量结果的支持14。

测量二维辐射模式合作和交叉极化水平与θ为双端口的原型,双重CP天线有图15RHCP和LHCP模式。测量增益水平高于4.5 dB在为每个目标偏振的瞄准线。此外,交叉极化水平超过20 dB低于各自co-polarization标明的水平极化纯度两种模式。

详细表1interport隔离的特点,我们提出了天线相比,一些以前报告的设计双重CP天线。两双CP天线报告(1,3)取得了最大的隔离23 dB和15.7 dB,分别为ku波段的应用程序。相比这两个天线,我们提出了s波段天线提供≥72分贝峰隔离应用程序。此外,重要的是要注意,低interport隔离级别是双端口所固有的,双重CP贴片天线在低频率(22]。双频(S和C波段),双重CP天线报告(10)是基于复杂的五层堆叠结构。这个天线的测量峰值隔离∼9 dB和10 dB,和回波损耗大约是150 MHz带宽低频带(s波段)。高频带(c波段),测量峰值隔离∼27分贝和回波损耗测量≥10 dB的港口。再次我们提出基于低调平面天线结构和s波段应用程序提供了更好的interport隔离性能。

报告的紧凑的双频圆极化天线(11)提供了测量平均隔离级别为5.8 dB和5 dB乐队乐队1和2,分别。此外,该结构由一个五角散热器和多层矩形寄生元件。提出的双圆极化微带天线(DCP) (12)达到399 MHz的阻抗带宽c波段的应用程序。端口,端口隔离超过30.8 dB在整个乐队以最大59.4 dB的隔离。虽然报道天线(11,12)取得了更多的阻抗带宽和我们提出的天线相比,天线的隔离性能峰值比这更好的天线。DCP天线基于字段转换(英尺)方法和报告13]。对于这个天线,记录interport隔离在2.42 GHz 15.2 dB。我们建议的DCP天线提供了更多的阻抗带宽和隔离相比峰值通过天线(13]。同样,峰值interport隔离我们的天线的性能比设计报告(14- - - - - -21]。

提出的双CP天线高interport隔离可用于单(单站)antenna-based收发器体系结构实现单通道全双工或带内全双工社沟通。对于这样的应用程序,双CP的特点在正向和反向链接将提供射频信号传播域隔离双向无线通信链接。例如,对于转发链接,收发器1将与RHCP传输和收发器2与RHCP接收。相反,反向链接,收发器2将传输与LHCP LHCP和收发器1接收。这样的配置,两个链接是通过极化隔离在传播领域的多样性。

5。结论

单层,修剪过的角落,两口,双圆极化(CP) 2.4 GHz贴片天线提出了改进interport隔离已经通过外部雇佣晃SIC电路。采用隔离技术是基于信号反演机制抑制泄漏T_x港口R_x端口。提出了双CP天线高interport隔离性能是一个有吸引力的解决方案作为饲料天线S波段卫星天线。此外,设计可以相应地按比例缩小的工作在其他卫星频段。提出了天线的隔离或碳化硅带宽可以提高通过two-tap SIC电路,该天线可以有效地用于2.4 GHz带内全双工无线应用程序的同步带内传输和接收操作。这将提供改进的频谱效率或吞吐量相比,常规时间分割和频分双工技术双向无线通信链接。此外,天线的增益可以通过改善提高辐射效率通过使用一些低损耗的衬底。例如,如上所述在[22),辐射效率从50%提高到88%δ从0.02降低到0.001。这将提供大约3 dB额外提出的天线增益。如此低的底物会导致轻微减少损失提出了双重CP天线的阻抗带宽。此外,该天线可以部署在阵列配置实现高增益的水平。

数据可用性

使用的数据支持的设计和验证了天线可从相应的作者。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。