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如何使用寄生切角实现极化可重构微带贴片天线
李鸿洋
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1 引言
微带天线以其低轮廓、重量轻、低成本和易于电路集成等优点，被广泛应用于各种无线通信系统。而且，线极化微带天线通过引入附加的微扰单元很容易产生圆极化辐射。最近极化可切换的极化可重构微带天线引起了极大的关注。这类天线在无线通信系统多系统工作、频率复用和克服信号多径衰落等方面非常有效。其中，多数设计都是在辐射贴片和附加微扰单元之间直接加入PIN开关二极管或场效应管等开关器件，通过开关器件来改变主辐射贴片和微扰单元的电连接特性，从而使天线具有不同的极化工作特性。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。
2 天线结构
本文提出的微带贴片极化可重构天线，通过引入寄生切角作为微扰单元实现圆极化，具体结构如图1所示。该天线4个寄生切角结构完全相同，切角与主辐射贴片的间隙很小。这些切角通过PIN开关二极管与接地过孔和地板相连。开关处于截止状态时，寄生切角等效为并联电容，呈现容性；而当开关导通时，寄生切角等效为电感，呈现感性。通过适当设计寄生切角的位置、大小和切角与主辐射贴片的缝隙间距，能够在天线中激励起两个幅度相等、相位相差±90°的正交工作，从而实现圆极化辐射特性。改变PIN开关二极管的开关状态，可以使得这两个工作模式的相位在＋90°和－90°之间切换，从而使天线极化方式能够在左旋圆极化（LHCP）、右旋圆极化（RHCP）之间切换。由于天线采用寄生切角的方式来产生圆极化辐射，切角与主辐射贴片之间的缝隙起到了直流馈电网络RF与直流隔离作用，因此省去了多数设计中用到的隔直电容。为了向PIN开关二极管提供直流偏置电压，从4个寄生切角引出4条直流偏置引线。为减小直流引线对天线的影响，在引线离寄生切角1/4工作波长处通过大电容C1、C2、C3和C4接地，如图1所示。对天线工作频率来说，在引线的1/4工作波长处近似短路，经过1/4波长阻抗变换，引线在与寄生切角相接的位置近似开路，从而能够近似忽略引线的影响。此外，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。
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