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一种低交叉极化小口径超宽带天线的设计

魏继虎 孟东林 宋晓茜

魏继虎,孟东林,宋晓茜. 一种低交叉极化小口径超宽带天线的设计[J]. 计量科学与技术,2023, 67(2): 36-41, 74 doi: 10.12338/j.issn.2096-9015.2023.0068
引用本文: 魏继虎,孟东林,宋晓茜. 一种低交叉极化小口径超宽带天线的设计[J]. 计量科学与技术,2023, 67(2): 36-41, 74 doi: 10.12338/j.issn.2096-9015.2023.0068
WEI Jihu, MENG Donglin, SONG Xiaoqian. Design of a Miniature Ultra-Wideband Antenna with Low Cross Polarization[J]. Metrology Science and Technology, 2023, 67(2): 36-41, 74. doi: 10.12338/j.issn.2096-9015.2023.0068
Citation: WEI Jihu, MENG Donglin, SONG Xiaoqian. Design of a Miniature Ultra-Wideband Antenna with Low Cross Polarization[J]. Metrology Science and Technology, 2023, 67(2): 36-41, 74. doi: 10.12338/j.issn.2096-9015.2023.0068

一种低交叉极化小口径超宽带天线的设计

doi: 10.12338/j.issn.2096-9015.2023.0068
基金项目: 国家重点研发计划项目(2022YFF0604801)。
详细信息
    作者简介:

    魏继虎(1997-),中国计量科学研究院在读研究生,研究方向:微波天线测量,邮箱:weijh@nim.ac.cn

    通讯作者:

    孟东林(1973-),中国计量科学研究院副研究员,研究方向:天线和雷达散射截面计量,邮箱:mengdl@nim.ac.cn

  • 中图分类号: TB973

Design of a Miniature Ultra-Wideband Antenna with Low Cross Polarization

  • 摘要: 在高精度近场法天线测量、平面波发生器应用等场合,工作频段通常受限于近场探头。为了克服开口波导探头的带宽限制,出现了基于Vivaldi天线的超宽带、小口径天线作为近场探头。然而,常见的Vivaldi天线是非对称结构,导致交叉极化性能较差。设计了一款低交叉极化小口径超宽带天线,采用5层对称结构改进了传统Vivaldi天线的非对称性,利用贝塞尔曲线设计渐变槽辐射结构、加载电阻和贴片以及刻蚀矩形斜槽,减小了交叉极化比和天线驻波,改善了天线辐射方向性图。该探头口径宽70 mm、长201 mm,在0.9~6 GHz频段内天线仿真所得交叉极化比优于40.9 dB,增益为−5.5~9.53 dBi,端口反射系数幅度低于−10 dB,其辐射方向性图在全频段不开裂、主波束指向不变。
  • 图  1  LPSA示意图

    Figure  1.  Schematic diagram of LPSA

    图  2  LPSA侧面结构

    Figure  2.  Side structure of LPSA

    图  3  模型1

    Figure  3.  Model 1

    图  4  模型1交叉极化比

    Figure  4.  Cross polarization ratio of Model 1

    图  5  模型 2

    Figure  5.  Model 2

    图  6  端口反射系数幅度

    Figure  6.  Reflection coefficient amplitude at the port

    图  7  天线增益

    Figure  7.  Antenna gain

    图  8  模型2(左)与LPSA(右)表面电流分布图

    Figure  8.  Surface current distribution diagram of Model 2 (left) and LPSA (right)

    图  9  端口反射系数幅度

    Figure  9.  Reflection coefficient amplitude at the port

    图  10  天线增益

    Figure  10.  Antenna gain

    图  11  增益及交叉极化比

    Figure  11.  Gain and cross polarization ratio

    图  12  E面方向图

    Figure  12.  E-plane pattern

    图  13  H面方向图

    Figure  13.  H-plane pattern

    表  1  天线尺寸参数

    Table  1.   Antenna dimension parameters

    参数尺寸(mm)参数尺寸(mm)
    L201.000Lm18.508
    W70.000Ws0.882
    Wr8.000Ls5.700
    Wc2.750d10.035
    Lc16.000d20.508
    Wm1.287d30.103
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    表  2  贝塞尔曲线中$ {P}_{i} $的取值

    Table  2.   Value of $ {P}_{i} $in Bezier Curve

    系数$ {P}_{i} $$ {P}_{i}(x)$$ {P}_{i}(y) $
    $ {P}_{1} $0.500.00
    $ {P}_{2} $1.92115.42
    $ {P}_{3} $4.72121.01
    $ {P}_{4} $7.67144.00
    $ {P}_{5} $35.00145.32
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    表  3  本文与已有文献中的研究结果对比

    Table  3.   Comparison of research results between this paper and existing literature

    文献频段(GHz)尺寸(mm)交叉极化比(dB)
    本文0.9~6201 x 70> 40
    [24]0.56~7.36187 x 187>22**
    [25]0.7~7.3240 x 220>22**
    注:**为仿真数据图的估计值。
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出版历程
  • 收稿日期:  2023-03-14
  • 修回日期:  2023-03-21
  • 网络出版日期:  2023-03-24
  • 刊出日期:  2023-02-18

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