寄生切角极化可重构微带贴片天线

本文提出了一种新的极化可重构微带贴片天线设计方案。该设计采用微扰法实现天线的圆极化辐射特性，天线不仅能够以左旋(LHCP)或右旋(RHCP)两种不同的圆极化方式工作，而且其极化工作方式也能在圆极化(CP)和线极化(LP)之间相互切换。此外，该寄生切角极化可重构微带贴片天线由于其自身特点和结构，省去了多数极化可重构天线中用到的防止直流信号进入射频通路的隔直电容。 寄生切角极化可重构微带贴片天线是一种创新的天线设计，它能够实现极化的可重构性，即在左旋圆极化（LHCP）和右旋圆极化（RHCP）之间切换，同时还能在圆极化（CP）和线极化（LP）之间转换。这种天线设计的独特之处在于使用了微扰法，通过在微带贴片上添加四个相同的寄生切角来产生圆极化辐射。切角与主辐射贴片的间隙非常小，它们可以通过PIN开关二极管与接地过孔和地板相连。 当PIN开关二极管处于截止状态时，寄生切角表现为并联电容，呈现容性性质；而当二极管导通时，它们等效为电感，呈现感性。通过精确设计切角的位置、大小和与主辐射贴片的缝隙间距，可以激发两个幅度相等、相位相差90度的正交模，从而实现圆极化。通过改变开关状态，可以调整这些模式的相位，使得天线能够在LHCP和RHCP之间切换。 值得注意的是，由于切角与主辐射贴片之间的缝隙起到了直流馈电网络与射频路径的隔离作用，因此这个设计省去了传统极化可重构天线中通常需要的隔直电容。为提供PIN开关二极管所需的直流偏置电压，天线设有四条直流偏置引线，这些引线在1/4工作波长处通过大电容接地，以减少对天线性能的影响。 天线采用微带侧馈方式馈电，并通过阻抗变换线实现阻抗匹配，以优化天线的输入反射系数。实际制造的天线使用介质基板，其相对介电常数为2.65，厚度为0.8mm。天线的尺寸经过精心设计，包括地板大小、缝隙、微带贴片边长等，以确保在特定频率下实现预期的极化特性和频率响应。 仿真和实测结果显示，天线在不同的PIN开关组合状态下，回波损耗、工作频率以及极化特性表现良好，具有稳定的性能。例如，Case1和Case2状态下，天线表现出右旋圆极化和左旋圆极化的特性，而Case3和Case4则分别对应不同的工作频率。实测的增益方向图进一步证实了天线的圆极化辐射能力，其交叉极化增益显著低于主辐射极化增益，证明了天线的高极化纯度。 这种寄生切角极化可重构微带贴片天线在无线通信领域有着广泛的应用潜力，特别是在需要多种极化模式或动态调整极化方向的场景，如多系统共存、频率复用以及对抗多径衰落等问题上。其紧凑的结构、无需额外隔直电容的设计简化了天线的制作工艺，降低了成本，提高了系统的集成度。