宽频带圆极化天线的优化设计

　　由于其低剖面、易加工、可共形、馈电简单、重量轻的特点，受到人们的关注。然而早期的印刷的频带很窄，且多采用单向辐射的贴片类天线。近年来，为适应移动通信手机对天线双向(全向)辐射的需要，已发展了多种技术以改善圆极化轴比和阻抗匹配的公共频带。例如能达到法向圆极化轴比3 dB和的环形缝单元(10.5 %)，CPW馈电的不等长十字条带加载的方形宽缝单元(12.4%)；CPW馈电的环加载圆形宽缝单元(16.6 %)；的方形宽缝单元(22.2 %)；微带L形馈电的圆形宽缝单元 (38 %)。其中，仅[1]在高性能圆极化轴比1 dB的指标下达到13 %的较

　　本文旨在采用微带线馈电的宽缝天线获取更宽的高性能法向圆极化轴比频带。虽然CPW馈电的印刷天线通常要比微带馈电的拥有更宽的频带，但是微带馈电不在辐射平面内而拥有较多的调节自由度、且容易设计馈电网络。为了实现圆极化，在宽缝内特定位置加载特定长度的条带，经优化设计达到了法向圆极化轴比1 dB的18.5 %频带，且反而宽于阻抗匹配的频带，其公共频带为13.9%。

　　天线）印刷在介电常数r= 2.2，厚度1 mm的基片上表面，由L×L方形接地板上半径为r的圆形宽缝、及伸出其边缘的三个条带组成，条带取向分别平行于y轴、与x轴呈45角，长度分别为l1,l2,l3，宽度都取w。印刷在基片下表面的50W微带线，沿x向伸入圆缝的长度为l0。

　　l0、l1和r，利用仿真软件Ansoft HFSS 10.0进行分析和优选，所得3 dB轴比的频带仅为8.1 %、而1 dB轴比的频带很窄(图2的曲线)。若添加45的条带2和3，对l0、l1、l2、l3和r再次优选，所得3 dB轴比的频带扩大至36.7%、1 dB轴比频带达10.2%（图2的实线），其原因似为两对正交条带所形成圆极化频点的参差组合。然而，馈电微带对条带1所产生的耦合，势将受条带2的插入而削弱，由图3仿线 GHz时)时序分布图可见：条带1上的电流在任何时刻都很小。由此试图省略条带以简化结构，但轴比频响却骤然恶化(图2的○○○曲线)，因而不能省略。

　　的阻抗频带中，因此公共频带为10.2 %。为此在上述结构参数初始值的基础上，利用带约束条件的改进型多目标优化遗传算法(Non-dominated Sorting Genetic Algorithm,简称 NSGAⅡ)，联合HFSS 10.0仿真，对整体结构进行优化，其结果并列于表1之#2。

　　，由于条带1和2不能相碰，设两者至少留有0.2 mm的间距，则有约束条件：图5显示了每一迭代的最优解（由○表示）逼近Pareto最优解的过程，形象地显示历次趋优解所逐渐逼近、越益增多的过程。可见在公共频带内峰值增益的变化范围不大；而阻抗和轴比的公共频带变化较为剧烈。但增益和频带构成的Pareto最优解二者确互相矛盾。取最大所对应的天线结构参数及其性能列为表1的#2。其轴比和回波损失的仿线是优化设计的天线在中心频率处的方向性图。

　　本文发展了一种新型的圆极化天线，在微带馈电的圆形宽缝天线内加载了三根不同长度的径向金属条带，得以显著地展宽该天线的法向圆极化轴比频带。文章先借助软件仿真优选结构参数，用作优化过程的初始值，再用NSGAⅡ进行结构参数的优化，使1dB轴比和-10dB回波损失的公共频带为13.9%。