技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及雙極化天線制造技術(shù)領(lǐng)域，具體的說是一種基于sicl諧振腔圓環(huán)縫隙和印刷振子的非對稱雙極化天線裝置。
背景技術(shù)：
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在雙極化天線的具體類型中，根據(jù)輻射機理，雙極化天線可分為雙極化振子天線、雙極化口面天線、雙極化縫隙天線和雙極化微帶天線等。根據(jù)饋電方式的不同，雙極化天線又可以分為同軸饋電雙極化天線、微帶饋電雙極化天線、波導(dǎo)饋電雙極化天線、電磁耦合饋電雙極化天線等。喇叭天線由于其多功能性、簡單性和好的輻射性能，在微波測量、雷達(dá)和探測系統(tǒng)中有廣泛的應(yīng)用。脊喇叭天線增益高，阻抗低，體積小，易于和傳輸線連接，適合用在雷達(dá)、電子對抗設(shè)備以及微波電子器件中。
國外在軌或在研星載合成孔徑雷達(dá)，其中sir-c、radarsatii、terra-x和esal-sar都采用了雙極化固態(tài)有源相控陣天線，實現(xiàn)全極位能力。微帶和波導(dǎo)縫隙天線陣各有應(yīng)用，通常c波段以下采用微帶天線陣，而c波段以上波導(dǎo)縫隙天線仍具有較大優(yōu)勢，這是由微帶線和波導(dǎo)傳輸線自身特性所決定的，比較典型的是加拿大c波段radarsat-i，后續(xù)型號radarsatil則密原來的集中饋電波導(dǎo)縫隙陣改為微帶有源相控陣。而德國的terra-x天線工作在x波段，輻射陣采用鍍銀cfrp雙極化波導(dǎo)縫隙陣，中心頻率9.65ghz，帶寬150mhz，高分辨時300mhz。根據(jù)計算，對于該方案所采用的16單元波導(dǎo)縫隙陣，帶寬設(shè)計已達(dá)其極限值。sar系統(tǒng)需要更寬工作帶寬時，相對來說微帶天線比較容易實現(xiàn)，而對于波導(dǎo)縫隙陣就需要復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，帶來加工難度和成本的提高。
在國外，雙極化天線也獲得了深入研究和廣泛應(yīng)用。雙極化的研究內(nèi)容涵蓋了雙極化微帶天線、寬帶和超寬帶雙極化天線、雙極化介質(zhì)諧振器天線、雙極化背腔式天線、雙極化喇叭天線、雙極化縫隙天線、雙極化單極子天線和雙極化透鏡天線等領(lǐng)域。
縫隙天線是在金屬體表面開縫，所開縫隙必須截斷金屬壁表面電流，表面電流的一部分繞過縫隙，而另一部分以位移電流的形式沿原方向流過縫隙，位移電流的電力線將向外空間輻射。縫隙天線可以看成是由許多縫隙元組成的。縫隙的輻射原理可以通過一個理想開縫天線模型加以說明，將縫隙等效為一個磁振子天線，認(rèn)為它是具有磁流源的天線，利用對偶性原理，磁振子的輻射可以通過電振子的輻射來類比。縫隙波導(dǎo)陣列天線具有主瓣寬度窄、交叉極化電平低等優(yōu)異特性，是一種重要的微波天線可廣泛應(yīng)用于雷達(dá)和通信系統(tǒng)中。但是金屬波導(dǎo)的體積大、重量很重、造價昂貴，而且加工完成后還需要通過調(diào)諧修正誤差。而將傳統(tǒng)的矩形波導(dǎo)縫隙天線的設(shè)計概念移植到基片集成傳輸線上同樣可以形成縫隙天線陣列，并且獲得足夠的增益和較小的旁瓣電平。金屬底面上的縫輻射器能向基片上下兩個方向同時輻射電磁能量，在實際應(yīng)用中，由于電路布局的原因，天線常常需要安裝在某個平臺之上。向下輻射的電磁波可能會影響系統(tǒng)中其它組件的性能，同時反射回來的電磁波對天線本身也會有影響。因此當(dāng)需要天線單向輻射時，通常在縫的后面加一個金屬腔或者反射壁來抑制向下輻射的電磁波，從而解決電磁兼容問題。背腔天線一般由一個金屬腔體和激勵源組成，而中間的激勵源和背腔的形狀可以有多種形式。關(guān)于背腔天線的研究從二十世紀(jì)五十年代開始，目前在各微波頻段利用背腔天線已實現(xiàn)線極化、圓極化、雙極化等形式的天線單元或陣列。在用背腔天線實現(xiàn)圓極化的設(shè)計中一般情況為由背腔的激勵源形成圓極化，背腔的作用為穩(wěn)定方向圖，抑制后瓣輻射，提高天線增益。腔體可以認(rèn)為是一個諧振腔，可以通過分析腔內(nèi)的本征模求得腔內(nèi)電場分布。但是相對于一般的封閉式的諧振腔，腔體天線有著獨特的性質(zhì)，例如有能量輻射、腔內(nèi)電場擾動、諧振頻率偏移和模式譜變窄等。
基片集成同軸線(substrateintegratedcoaxialline，sicl)技術(shù)是一種將傳統(tǒng)意義上的同軸線平面化的技術(shù)。sicl與傳統(tǒng)同軸線一樣是一種屏蔽的、非色散的tem導(dǎo)波結(jié)構(gòu)。它表現(xiàn)出與傳統(tǒng)同軸線相同的特性，即帶寬寬、損耗小、q值高、尺寸小，所以非常適合高速寬帶互連應(yīng)用。基片集成同軸線(sicl)結(jié)合了同軸線和平面?zhèn)鬏斁€的優(yōu)點，它可以用簡單、廉價的pcb、cmos、mems甚至薄膜電路等工藝實現(xiàn)，方便集成到寬帶微波系統(tǒng)中。sicl的第一階高次模是te10模，由于中間導(dǎo)體并不影響te10模的場特性。sicl的單模工作帶寬可以通過調(diào)整兩排金屬化孔的距離來控制，這就可以實現(xiàn)比同尺寸的類似siw的平面結(jié)構(gòu)寬的多的帶寬。關(guān)于基片集成同軸線(sicl)的研究，目前處于起步階段。同軸線由于其內(nèi)外導(dǎo)體分布在不同層上，中間有介質(zhì)層，所以，sicl的內(nèi)導(dǎo)體無法布在pcb的表層。微波電路為了便于焊接接頭或者接插儀器測試，要求將微帶布在pcb的表面上。因此，微帶到sicl的過渡無法采用共面形式，只能采用異面形式。為了達(dá)到比較好的耦合性能，可采用縫隙或小孔耦合，要求縫隙或者小孔兩端都要形成自然的過渡，盡可能少的出現(xiàn)不連續(xù)性結(jié)構(gòu)。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
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本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺點和不足，提出了一種基于sicl諧振腔圓環(huán)縫隙和印刷振子的非對稱雙極化天線裝置。
本發(fā)明可以通過以下措施達(dá)到：
一種基于sicl諧振腔圓環(huán)縫隙和印刷振子的非對稱雙極化天線裝置，其特征在于設(shè)有介質(zhì)集成同軸線諧振腔體圓環(huán)形輻射縫隙和印刷單極子，二者之間為在垂直方向采用空氣隙隔離，兩個雙極化端口均由印刷電路技術(shù)實現(xiàn)，其中采用介質(zhì)集成同軸線諧振腔加載圓環(huán)形縫隙構(gòu)成一個極化端口，采用小型化印刷矩形單極子天線作為與之正交的極化端口，兩個極化端口之間是非對稱的，但在空間形成正交的輻射場，可產(chǎn)生雙極化的工作模式。
本發(fā)明中基于介質(zhì)集成同軸線的腔體縫隙天線構(gòu)成非對稱雙極化天線的一個極化端口，腔體圓環(huán)形縫隙可等效為一個圓環(huán)形磁流在輻射，在遠(yuǎn)場區(qū)，它輻射一個近似線極化的電磁場，與印刷單極子天線的輻射場正好形成極化正交關(guān)系。
本發(fā)明中印刷振子天線放置于sicl諧振腔環(huán)形縫隙天線的上方，在印刷單極子的饋電微帶線輸出端，為了獲得良好的輸出電壓駐波比，引入一個寬帶漸變式阻抗匹配端，在輸出端獲得50歐姆的阻抗，以便于和同軸線連接。
綜上所述，本發(fā)明提出了一種采用sicl諧振器表面開槽的圓環(huán)形縫隙天線和印刷單極子天線組合式的非對稱雙極化天線裝置，產(chǎn)生兩個正交輻射場的天線輻射器分別為基于介質(zhì)集成同軸線諧振器腔體的圓環(huán)形縫隙天線輻射器和印刷單極子天線；兩個極化端口的天線輻射器類型不同，饋電方式靈活，工程上易于實現(xiàn)兩極化端口隔離度和交叉極化電平的調(diào)節(jié)，且印刷單極子天線具有較寬的阻抗帶寬；整個非對稱雙極化的天線均由印刷電路技術(shù)加工和制作，精度容易控制，且可實現(xiàn)尺寸上的減縮。本發(fā)明設(shè)計的雙極化天線結(jié)構(gòu)簡單，成本較低。本發(fā)明適用于雙極化雷達(dá)、通信系統(tǒng)等場合，具有平臺的適應(yīng)性和較廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。
附圖說明：
附圖1是傳統(tǒng)圓環(huán)縫隙天線的結(jié)構(gòu)示意圖。
附圖2是圓環(huán)縫隙及其坐標(biāo)系。
附圖3是矩形微帶振子天線的結(jié)構(gòu)示意圖。
附圖4是典型的sicl結(jié)構(gòu)圖。
附圖5是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)模型。
附圖6是本發(fā)明中基于sicl諧振腔的圓環(huán)縫隙天線結(jié)構(gòu)示意圖。
附圖7是本發(fā)明中介質(zhì)集成同軸線腔體內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖。
附圖8是本發(fā)明中印刷單極子天線的結(jié)構(gòu)示意圖。
附圖9是本發(fā)明實施例中端口1的電壓駐波比仿真結(jié)果。
附圖10是本發(fā)明實施例中端口2的電壓駐波比仿真結(jié)果。
附圖11是本發(fā)明實施例中端口1和2之間隔離度的仿真結(jié)果。
附圖12是本發(fā)明實施例中基于sicl腔體圓環(huán)縫隙和印刷單極子的雙極化天線在中心頻率處的輻射特性仿真結(jié)果。
附圖13是本發(fā)明實施例中基于sicl腔體圓環(huán)縫隙和印刷單極子的雙極化天線在低頻處的輻射特性仿真結(jié)果。
附圖14是本發(fā)明實施例中基于sicl腔體圓環(huán)縫隙和印刷單極子的雙極化天線在高頻處的輻射特性仿真結(jié)果。
附圖標(biāo)記：1為介質(zhì)集成同軸線的腔體，2為介質(zhì)集成同軸線腔體的圓環(huán)縫隙；3為印刷單極子天線單元部分，4為基于介質(zhì)集成同軸線的金屬地板，5為介質(zhì)集成同軸線的金屬過孔陣列，6為介質(zhì)集成同軸線的介質(zhì)基板，7為介質(zhì)集成同軸線的中心導(dǎo)體帶條，8為介質(zhì)集成同軸線腔體饋電位置。
具體實施方式：
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步的說明。
本發(fā)明提出了一種基于介質(zhì)集成同軸線諧振腔體圓環(huán)形縫隙和印刷單極子組合的非對稱結(jié)構(gòu)雙極化天線裝置方案。設(shè)計的雙極化天線由介質(zhì)集成同軸線諧振腔體圓環(huán)形輻射縫隙和印刷單極子合而成，二者之間為在垂直方向采用空氣隙隔離，兩個雙極化端口均由印刷電路技術(shù)實現(xiàn)。采用新型介質(zhì)集成同軸線諧振腔加載圓環(huán)形縫隙構(gòu)成一個極化端口，采用小型化印刷矩形單極子天線作為與之正交的極化端口，兩個極化端口之間是非對稱的，但是它們在空間形成正交的輻射場，可產(chǎn)生雙極化的工作模式。本發(fā)明設(shè)計的雙極化天線的兩個極化端口的輻射機理不同，它們都方便設(shè)計成小型化的模式，便于構(gòu)成小型化的雙極化單元，減少了雙極化天線的設(shè)計難度；由于單極子天線采用印刷結(jié)構(gòu)，金屬輻射器對sicl圓環(huán)形縫隙的影響不是很大，合理控制兩個極化端口之間的位置和結(jié)構(gòu)參數(shù)，可實現(xiàn)對兩個極化單口之間的隔離度的控制，實現(xiàn)預(yù)期的交叉極化電平；由于可實現(xiàn)雙極化天線單元的小型化，因此該天線適合于組成相控陣天線陣列、mimo陣列等陣列形式。本發(fā)明中研究基于介質(zhì)集成同軸線諧振腔體圓環(huán)形縫隙和印刷單極子組合的非對稱結(jié)構(gòu)雙極化天線裝置適合應(yīng)用于雷達(dá)、通信、導(dǎo)航等系統(tǒng)中，作為雙極化天線傳感器裝置，具有較為重要的實際應(yīng)用價值。
本發(fā)明設(shè)計了一種基于介質(zhì)集成同軸線諧振腔體圓環(huán)形縫隙和印刷單極子組合的非對稱結(jié)構(gòu)雙極化天線裝置，本天線裝置引入非對稱端口結(jié)構(gòu)的雙極化天線設(shè)計方案，基本思想是設(shè)計一種基于印刷電路結(jié)構(gòu)的雙極化天線裝置，兩個極化端口采用不同類型的天線輻射器，它們的輻射機理不同，各自在遠(yuǎn)場空間形成一種極化方式的電磁場結(jié)構(gòu)，二者產(chǎn)生的電磁場極化互相正交，實現(xiàn)正交雙極化通道，可以輻射和感知電磁波的兩個正交極化分量，為全極化電子系統(tǒng)提供良好的正交極化基。在本發(fā)明中，一個極化端口是圓環(huán)縫隙天線輻射器，可近似等效為圓環(huán)形磁流的輻射；另一個極化端口是印刷單極子輻射器，可看成是電流源的輻射，因此，二者屬于不同的類型的天線輻射器，它們在遠(yuǎn)區(qū)的輻射場是不同的，輻射場功率方向圖方面會略有差異，但是在主輻射方向上滿足電磁場的正交要求；本發(fā)明采用非對稱的方案設(shè)計雙極化天線，兩個極化輻射器在垂直方向上帶有空氣間隙，控制兩個極化端口的間隔距離，同時優(yōu)化設(shè)計兩個極化輻射器的幾何結(jié)構(gòu)參數(shù)，可實現(xiàn)要求的極化端口隔離度以及單個極化輻射器的交叉極化電平；非對稱雙極化天線的設(shè)計相對于傳統(tǒng)對稱雙極化設(shè)計過程得到簡化，結(jié)構(gòu)設(shè)計更為靈活，設(shè)計的可控性得到加強。
本發(fā)明設(shè)計的非對稱雙極化天線由介質(zhì)集成同軸線諧振器腔體圓環(huán)形縫隙天線和印刷單極子天線組成，兩個極化輻射器為不同類型的天線類型，但是它們均采用印刷電路技術(shù)實現(xiàn)，都是平面型結(jié)構(gòu)。介質(zhì)集成同軸線諧振器腔體圓環(huán)形縫隙天線和印刷單極子天線都可采用小型化設(shè)計，組成組合式的雙極化單元，可用于雙極化天線陣列等場合。
背腔天線一般由一個金屬腔體和激勵源組成，而中間的激勵源和背腔的形狀可以有多種形式。目前在各微波頻段利用背腔天線已實現(xiàn)線極化、圓極化、雙極化等形式的天線單元或陣列。背腔的作用為穩(wěn)定方向圖，抑制后瓣輻射，提高天線增益。隨著無線通信的迅速發(fā)展，通信系統(tǒng)對天線的要求越來越高。縫隙天線擁有結(jié)構(gòu)簡單，輻射效率高等優(yōu)點。相較于普通的微帶貼片天線，縫隙天線有更寬的阻抗帶寬和軸比帶寬，小的制作誤差對性能影響不是很敏感，重要的是容易與無線通信系統(tǒng)終端集成。環(huán)形縫隙天線的電磁輻射場符合巴比特互補原則，可以有效降低天線總尺寸。圓極化天線擁有可降低多徑效應(yīng)等特點，可以在全平面內(nèi)實現(xiàn)信號的傳輸，而線極化天線只能在一個平面內(nèi)進行傳輸。為了提高通信質(zhì)量，圓極化天線在無線通信、雷達(dá)系統(tǒng)以及導(dǎo)航系統(tǒng)等領(lǐng)域得到了普遍的應(yīng)用。傳統(tǒng)圓環(huán)縫隙天線是在介質(zhì)基板的接地面上蝕刻一個網(wǎng)環(huán)形縫隙，在基板的另一面用50歐姆開路微帶線饋電，結(jié)構(gòu)如圖1所示，其中環(huán)縫半徑?jīng)Q定天線的諧振頻率，通過調(diào)整微帶線終端與環(huán)縫中心的相對位置以及環(huán)縫寬度可以得到最佳匹配。圓環(huán)縫隙及其坐標(biāo)系如圖2所示。理論上，在無限大導(dǎo)電平板上的環(huán)形縫隙，可看成是面磁流的環(huán)形分布，可表示為
式中：ea是口面電場；n是垂直于口面的單位矢量。環(huán)縫天線的遠(yuǎn)場方向圖根據(jù)電矢量位法計算求得，假設(shè)接地面無限大，不考慮邊沿繞射場的影響，遠(yuǎn)區(qū)電場的eθ和eφ分量可按兩種情況分別求出。窄縫情況ⅰ：即ω＜＜ω0，且eφ'＝0，eρ＝e0＝常數(shù)，則：
近似求解縫隙內(nèi)的場分布，等效為求解環(huán)形均勻分布磁流元的場分布。
窄縫情況ⅱ：即ω＜＜ω0，且eφ'＝0，eρ＝e0·cosnφ'，則：
從式(4)和式(5)中可以看出，當(dāng)ak0＝1時，環(huán)縫天線工作在基模狀態(tài).這時天線在垂直于環(huán)縫所在平面的方向上增益最大，即天線方向圖主瓣指向這一方向.隨著模式的增高，天線的表面波和高次模激勵將嚴(yán)重影響天線的軸比情況.如要獲得良好的軸比，在設(shè)計時要求天線工作在低階模式以及基模狀態(tài)。
偶極子天線是一種最基本的天線形式，具有全向輻射特性，由于其結(jié)構(gòu)簡單、造價低廉被廣泛應(yīng)用于各種無線通信系纜中。目前已經(jīng)發(fā)展了很多展寬偶極子頻帶的技術(shù)，形成了許多新型偶極予天線，比如雙錐天線、雙偶極子天線、領(lǐng)結(jié)形天線等。平面偶極子天線采用印制在介質(zhì)基板上的偶極子結(jié)構(gòu)作為天線的輻射單元，通過巴倫饋電或者耦合饋電的方式激勵天線單元輻射。因為印制電路板具有結(jié)構(gòu)設(shè)計自由，易于加工和裝配，成本較低且重量較輕等等優(yōu)點，不少基站天線選用印制在fr-4介質(zhì)基板上的平面偶極子天線作為陣元。傳統(tǒng)的振子天線可以直觀的理解為是由傳輸線的末端從平行變?yōu)楣簿€導(dǎo)致束縛在傳輸線間的場對外輻射而形成的，對微帶振子天線而言也是如此。微帶振子天線可以分為單極子和偶極子。微帶單極子天線是在介質(zhì)基板的兩側(cè)或者同側(cè)分別附加金屬片作為地平面和輻射振子，區(qū)別于微帶貼片天線的是微帶單極子天線的地平面不會出現(xiàn)在輻射極子的正下方，并通常與輻射單極子間隔一定距離，微帶單極子天線采用不平衡饋電。微帶偶極子天線是在介質(zhì)基板的兩側(cè)或者同側(cè)對稱地附加金屬片作為輻射振子的兩臂，需采用平衡饋電，因此在微帶線與偶極子間需要一個不平衡到平衡的轉(zhuǎn)換裝置一巴倫。由于是非諧振結(jié)構(gòu)，微帶振子天線的帶寬相對較大；同時由于介質(zhì)基板對于微帶振子天線而言主要起到支撐作用，其介電常數(shù)和厚度可以很小，介質(zhì)損耗和表面波損耗相對較低，微帶振子天線的效率相對較高。一種矩形微帶振子天線的結(jié)構(gòu)示意圖如圖4所示。
基片集成同軸線(substrateintegratedcoaxialline，sicl)是一種新型的平面?zhèn)鬏斁€，它在結(jié)構(gòu)上與傳統(tǒng)的同軸線相似，具有損耗低、輻射小、電路之間的互耦小、體積小、非色散性等眾多優(yōu)點，特別是它可以使用傳統(tǒng)的pcb和ltcc工藝加工，在大批量生產(chǎn)等方面優(yōu)勢明顯。以scil為微波傳輸線，可以為設(shè)計許多新的微波天線與器件提供解決途徑。基于同軸線諧振腔理論，在sicl表面開槽可形成縫隙輻射，這為設(shè)計縫隙天線提供了一種技術(shù)方案。sicl主要由底層導(dǎo)體(接地)，內(nèi)導(dǎo)體(中間)，頂層導(dǎo)體，兩側(cè)側(cè)壁(或者金屬孔)、兩層介質(zhì)層組成，其中底層導(dǎo)體、兩側(cè)側(cè)壁和頂層導(dǎo)體共同構(gòu)成了sicl的外導(dǎo)體。典型的sicl結(jié)構(gòu)如圖1所示。在一定的假設(shè)下，sicl在te10模式下的截止頻率為:
式中a,d,s如圖4中所示，c為真空中光速。由于d和s一般由制板工藝所限定，所以sicl在te10模式下的截止頻率是sicl的單模帶寬，可以通過兩側(cè)金屬孔的距離a來調(diào)節(jié)。
本發(fā)明以sicl為基礎(chǔ)，提出一種采用sicl諧振器表面開槽的圓環(huán)形縫隙天線和印刷單極子天線組合式的非對稱雙極化天線方案，設(shè)計的基于介質(zhì)集成同軸線腔體圓環(huán)形縫隙天線和印刷單極子天線組合式的非對稱式雙極化天線幾何結(jié)構(gòu)模型如圖5所示，在圖5中，1為介質(zhì)集成同軸線的腔體，2為介質(zhì)集成同軸線腔體的圓環(huán)縫隙；3為印刷單極子天線單元部分。同軸線是全封閉結(jié)構(gòu)，非色散性，由于其不容易實現(xiàn)與平面電路集成，因此難以在微波毫米波電路中使用。sicl作為一種平面結(jié)構(gòu)的同軸線，具有類似傳統(tǒng)同軸線的性能，同時可以實現(xiàn)平面?zhèn)鬏斁€的特性。sicl是多層pcb，包括上下導(dǎo)體板、內(nèi)導(dǎo)體、金屬化過孔陣列及介質(zhì)。圖6所示為基于sicl諧振腔的圓環(huán)縫隙天線模型，在圖6中，4為基于介質(zhì)集成同軸線的金屬地板，5為介質(zhì)集成同軸線的金屬過孔陣列。圖7所示為介質(zhì)集成同軸線腔體內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖，在圖7中，6為介質(zhì)集成同軸線的介質(zhì)基板，7為介質(zhì)集成同軸線的中心導(dǎo)體帶條，8為介質(zhì)集成同軸線腔體饋電位置。基于介質(zhì)集成同軸線的腔體縫隙天線構(gòu)成非對稱雙極化天線的一個極化端口，腔體圓環(huán)形縫隙可等效為一個圓環(huán)形磁流在輻射，在遠(yuǎn)場區(qū)，它輻射一個近似線極化的電磁場，與印刷單極子天線的輻射場正好形成極化正交關(guān)系。為了實現(xiàn)天線的高輻射效率和單一工作模式，在選擇介質(zhì)基板條件下，腔體的長度、寬度、縫隙的長度、位置和縫隙寬度需要采用全波電磁仿真技術(shù)優(yōu)化實現(xiàn)。印刷單極子采用矩形結(jié)構(gòu)，利用微帶線和阻抗變換段對其饋電；印刷振子天線放置于sicl諧振腔環(huán)形縫隙天線的上方，通過合理的設(shè)計與結(jié)構(gòu)優(yōu)化，在滿足各自的阻抗匹配的條件下，可實現(xiàn)預(yù)期的端口隔離性能和交叉極化電平。在印刷單極子的饋電微帶線輸出端，為了獲得良好的輸出電壓駐波比，引入一個寬帶漸變式阻抗匹配端，在輸出端獲得50歐姆的阻抗，以便于和同軸線連接。圖8所示為印刷單極子天線的結(jié)構(gòu)示意圖。
實施例：
本發(fā)明設(shè)計了一個具體的采用sicl諧振器表面開槽的圓環(huán)形縫隙天線和印刷單極子天線組合式的非對稱雙極化天線裝置，采用全波電磁仿真軟件對該天線陣列進行了性能仿真，仿真實驗結(jié)果驗證了本發(fā)明所提出的采用sicl諧振器表面開槽的圓環(huán)形縫隙天線和印刷單極子天線組合式的非對稱雙極化天線裝置的可行性和有效性。
本發(fā)明設(shè)計的雙極化天線的端口1和端口2的電壓駐波比(vswr)的仿真結(jié)果分別如圖9和圖10所示。端口1與端口2之間的隔離度如圖11所示。在工作帶寬內(nèi)，端口1和端口2的電壓駐波比約為2，端口隔離度大于20db。
在中心在頻率處，雙極化天線的輻射方向圖特性仿真結(jié)果如圖12所示。在兩個極化端口上，設(shè)計的基于sicl腔體圓環(huán)縫隙和印刷單極子的雙極化天線的輻射增益分別約為6.3db和7.5db，主輻射方向軸比大于40db，交叉極化電平滿足要求。對于極化端口1，設(shè)計的基于sicl腔體圓環(huán)縫隙和印刷單極子的雙極化天線在xoy面和yoz面內(nèi)的波束寬度分別約為73.6度和88.7度；對于極化端口2，設(shè)計的基于sicl腔體圓環(huán)縫隙和印刷單極子的雙極化天線在xoy面和yoz面內(nèi)的波束寬度分別約為65度和99.9度。
在低頻f1處，雙極化天線的輻射方向圖特性仿真結(jié)果如圖13所示。在兩個極化端口上，設(shè)計的基于sicl腔體圓環(huán)縫隙和印刷單極子的雙極化天線的輻射增益分別約為6.1db和7.8db，主輻射方向軸比大于40db，交叉極化電平滿足要求。對于極化端口1，設(shè)計的基于sicl腔體圓環(huán)縫隙和印刷單極子的雙極化天線在xoy面和yoz面內(nèi)的波束寬度分別約為73.83度和88.46度；對于極化端口2，設(shè)計的基于sicl腔體圓環(huán)縫隙和印刷單極子的雙極化天線在xoy面和yoz面內(nèi)的波束寬度分別約為63.6度和99.2度。
在低頻f2處，雙極化天線的輻射方向圖特性仿真結(jié)果如圖14所示。在兩個極化端口上，設(shè)計的基于sicl腔體圓環(huán)縫隙和印刷單極子的雙極化天線的輻射增益分別約為6.4db和7.9db，主輻射方向軸比大于40db，交叉極化電平滿足要求。對于極化端口1，設(shè)計的基于sicl腔體圓環(huán)縫隙和印刷單極子的雙極化天線在xoy面和yoz面內(nèi)的波束寬度分別約為73.46度和87.6度；對于極化端口2，設(shè)計的基于sicl腔體圓環(huán)縫隙和印刷單極子的雙極化天線在xoy面和yoz面內(nèi)的波束寬度分別約為62.2度和99.4度。
綜上所述，本發(fā)明提出了一種采用sicl諧振器表面開槽的圓環(huán)形縫隙天線和印刷單極子天線組合式的非對稱雙極化天線裝置，產(chǎn)生兩個正交輻射場的天線輻射器分別為基于介質(zhì)集成同軸線諧振器腔體的圓環(huán)形縫隙天線輻射器和印刷單極子天線；兩個極化端口的天線輻射器類型不同，饋電方式靈活，工程上易于實現(xiàn)兩極化端口隔離度和交叉極化電平的調(diào)節(jié)，且印刷單極子天線具有較寬的阻抗帶寬；整個非對稱雙極化的天線均由印刷電路技術(shù)加工和制作，精度容易控制，且可實現(xiàn)尺寸上的減縮。本發(fā)明設(shè)計的雙極化天線結(jié)構(gòu)簡單，成本較低。本發(fā)明適用于雙極化雷達(dá)、通信系統(tǒng)等場合，具有平臺的適應(yīng)性和較廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。