1 导言
因为微带天线具有低截面、轻分量、易加工等特色，这类天线在军事和民用范畴的运用规模越来越广。特别是近年来SAR(合成孔径雷达)技能的快速开展，人们对微带天线提出了越来越高的要求，期望在一个天线上能一起取得宽频带、大扫描角、高功率、低交叉极化的功能，而且具有馈电简略、易与馈电体系集成等多方面的长处。
微带贴片天线的馈电办法有多种，这其间以微带线共面馈电在结构方法上最为简略，一起组阵时易于完成与馈电网络的集成规划，运用较广。微带馈电的矩形微带贴片天线自报导以来成为运用最为广泛的微带单元方法之一。但此种矩形微带天线选用单层方法，带宽很窄(一般<3%)，且馈电方位仅限于辐射边。随后，国内外的科技作业者对各类矩形微带天线作了很多的研讨。为展宽作业带宽，介绍了一种辐射边馈电的双层微带贴片天线，其基层贴片为馈电元，上层导体贴片为寄生元，两层中心为低介电常数的介质层，该结构运用双谐振来展宽作业频带，此天线的最大作业带宽可达10%左右。
而则首先介绍了一种非辐射边共面馈电的单层矩形贴片天线，当该单元用于微带共面馈电阵列天线规划时可缩短馈电线的长度，简化馈电网络的规划，故其可用作高效微带阵列天线的规划，但其与一般单层矩形微带天线相同带宽较窄。最近，专利供给了一种针对辐射边馈电双层矩形微带天线的交叉极化按捺技能，其办法是在上、下辐射贴片上一起开4个或4个以上缝隙，缝隙的取向与天线极化方向共同，经过按捺交叉极化的方法电流到达按捺天线单元交叉极化的意图。
将上述多种技能相结合，本文介绍了一种非辐射边馈电的新式双层微带贴片天线，并对该天线的功能特色及其在阵列中的运用状况进行了研讨。
2 单元结构及仿真测验成果
天线单元的结构组成如图1，为完成宽带作业选用与一般双层微带贴片天线相同的结构方法，整个天线主要由馈电微带板层、泡沫层、寄生微带板层及接地结构板四部分组成。其间馈电微带板上蚀刻有馈电贴片与馈电微带线，寄生微带板上蚀刻有寄生贴片，为对寄生贴片起维护作用，图中寄生元贴片选用倒置结构。
与传统双层微带贴片天线规划所不同的是，底层矩形贴片选用微带线的非辐射边馈电，选用此种馈电的办法的优点是可简化馈电网络的规划，但带来的问题是天线除鼓励起主模TM01模之外还将鼓励起TM10交叉极化模，这将恶化天线的交叉极化功能。关于单层矩形微带贴片天线，文献[3]提出经过挑选恰当的矩形贴片的长宽比(1.5：1)来按捺TM10模。但HFSS的仿真成果表明单纯的调整贴片的长宽比对双层微带贴片的作用有限，尽管最佳长宽比(1.5：1)条件下的带内最大交叉极化可达-10dB左右;但此刻天线具有较低的辐射阻抗，宽带阻抗匹配困难。为处理上述问题，除对矩形贴片的长宽比进行恰当操控外，还在寄生贴片沿垂直于辐射边的方向，开一些均匀分布的细长缝隙，经过切断交叉极化方法的外表电流，到达按捺天线的交叉极化方法的意图。仿真研讨成果表明，当均匀分布的缝隙数到达3个以上，且Ls≥0.8W2时，天线的带内交叉极化趋于稳定。
为验证上述研讨成果，运用HFSS优化规划成果，按下列参数规划制作了一个X波段的非辐射边馈电双层微带天线单元：er1=2.94，h1=0.508mm;er2=1.07，h2=3.0mm;er3=4.39，h3=0.254mm;
a)剖面图
b)馈电微带板电路图
c)寄生微带板电路图
图1 天线单元结构简图
W1=8.7mm，L1=9.7mm;W2=9.2mm，L2=11.3mm;Ws=0.5mm，Ls=7.7mm。对该天线的测验成果表明，其在15.5 %的带宽内Vswr ≤1.2，带内两主面的交叉极化优于-16dB，图2给出端口驻波曲线的仿真及测验成果，两者非常符合。可见相对一般双层微带贴片天线，新式单元的阻抗带宽约宽3-5%，而交叉极化目标两者适当。
图2 单元驻波特性的仿真与测验成果
3 天线单元在阵列规划中的运用
上面所提出的这种新式双层贴片天线单元可灵敏地运用于宽带共面会集馈电微带阵列天线的规划，而且相关于传统辐射边馈电的双层微带贴片单元，新式天线单元可简化天线阵的馈电电路，进步馈电功率，便于完成宽带、高效的共面馈电天线阵;特别是运用于微带线阵规划时有利于节省馈电空间，便于规划大扫描角的天线阵。图3给出了两种微带贴片单元的各类组阵办法比照图。
a. 辐射边馈电 b. 非辐射边馈电
图3 两种微带单元的组阵办法比照图
运用此新式天线单元规划的X波段8×8微带天线试验小阵，该小阵的馈电电路示意图及什物相片如图4，该小阵由8根1×8微带线阵组成，线阵中各单元等幅同相馈电，实践运用时每个线源运用T/R组件进行馈电，可完成一维±25°的扫描，为按捺天线的交叉极化，相邻线阵之间选用镜像摆放，馈电时彼此反相。在微波暗室对此无源小阵的各项技能目标进行了测验，成果显现：各线阵在17.6%的频带内驻波比优于1.6，整个小阵全空间的交叉极化优于-30dB，最大副瓣电平优于 -11dB，带内天线功率优于70%，图5和图6别离给出各线阵的端口驻波实测曲线及线阵方向典型方向图的测验成果。由这些成果可见该天线在很宽的频带内表现出杰出的功能目标。
(a) 馈电电路
(b) 什物相片
图4 X波段8×8单元天线小阵示意图
图5 8×8小阵中各线阵的端口驻波测验曲线
图6 8×8小战线阵方向的典型方向图
4 定论
仿真及试验成果表明，非辐射边馈电的双层微带贴片天线具有很好的宽带作业能力，当其运用于共面会集馈电微带阵列天线的规划时，可简化天线阵的馈电电路，进步馈电功率，便于完成宽带、高效的共面馈电天线阵;特别是运用于微带线阵规划时有利于节省馈电空间，便于规划大扫描角的天线阵。能够预见该种天线单元在雷达及通讯体系种具有宽广的运用远景。
