圆极化微带贴片天线的多馈点技术通过引入多个馈电点并配合相位控制网络,可有效扩展带宽并优化轴比性能,其核心原理、技术优势及优化策略如下:
一、多馈点技术的核心原理
圆极化波需满足两个正交线极化分量幅度相等且相位差90°。多馈点技术通过以下方式实现:
- 正交模式激励:在贴片上设置多个馈电点(如双馈点、四馈点),分别激励两个正交简并模(如TM₁₀和TM₀₁)。
- 相位补偿网络:采用3dB电桥、功分器或移相器等馈电网络,确保各馈点信号相位差精确为90°,同时幅度相等。
交叉极化抑制:通过合理布局馈点位置(如四馈点对称分布),抵消高次模或寄生耦合引入的交叉极化分量,改善轴比纯度。
二、带宽扩展机制
多馈点技术通过以下途径突破单馈点天线的窄带限制:
- 多谐振点融合:每个馈点对应一个谐振模式,通过馈电网络调整相位使多个谐振点在频域重叠,形成宽频带。例如,四馈点设计可引入四个谐振点,扩展带宽至10%以上。
- 阻抗匹配优化:馈电网络中的匹配枝节或容性探针可补偿天线输入阻抗的电抗分量,降低驻波比(VSWR<1.8),从而扩展阻抗带宽。
- 多层介质耦合:采用多层介质板结构,通过电场耦合或磁场耦合激发多个谐振模式,进一步拓宽带宽。例如,三层介质板设计可实现600MHz带宽(中心频率未指定)。
三、轴比优化策略
轴比(AR)是衡量圆极化纯度的关键指标,多馈点技术通过以下方式优化:
- 相位精度控制:使用低损耗介质材料(如Rogers RO4003C)和精密加工工艺,减少馈电网络因介质不均匀或加工误差导致的相位偏差,确保90°相位差稳定性。
- 对称结构设计:采用对称布局(如四馈点旋转对称)减少寄生耦合和外部干扰,降低交叉极化电平。例如,四馈点设计在边射方向轴比可优化至0.2dB(6.5%带宽)。
- 高次模抑制:通过调整馈点位置或引入匹配枝节,抵消高次模(如TM₂₁)对主模的干扰。例如,四馈点设计中,180°和270°馈点可抵消TM₂₁模的交叉极化辐射。
四、典型应用案例
- 卫星通信天线:采用四馈点圆极化微带天线,通过3dB电桥实现±60°波束扫描,轴比带宽达7%(中心频率1.6GHz),满足星载相控阵需求。
- 5G毫米波终端:基于多层介质耦合的四馈点天线,在28GHz频段实现12%带宽(轴比<3dB),增益8.78dBic,适用于5G基站和用户终端。
- 室内定位系统:采用共面波导馈电的双馈点圆极化天线,通过优化耦合缝隙尺寸,在2.45GHz频段实现轴比<1.5dB(带宽100MHz),提升定位精度。