HFSS共形圆极化天线研究+文献综述(4)
共形天线在分析计算时，难度较大，故首要任务是找到合适的分析计算共形天线辐射场效应的方法，这对设计共形天线有很大的帮助。查阅资料可知，当求解电小表面的电磁时，可用模式法或矩量法求解，也可以用时域有限差分法或有限元法求解。而在进行电大表面的电磁分析时，数值方法的实施难以实现，避免这些问题的途径之一是采用高频方法，即需要利用渐进方法获得近似解。
要具体实现共形天线，有多种可采用的方式，常用的有共形宽带圆极化螺旋天线 ，因螺旋天线在实现共形时有很好的效果，故被广泛采用。本次研究着重于将微带线共形于载体上，螺旋天线的共形可作参考目的。另外，EBG结构的柱面共形天线也有了初步的发展，EBG结构能够明显地改善共形天线的性能。对于双圆极化天线阵，采用“十字”缝隙结构实现正交、等幅双线极化，再通过“井”子电桥馈电，即可实现左右两个旋向的圆极化微带天线。天线驻波小于2的带宽超过20％，轴比小于3dB带宽达到16％，效果很不错。而清华大学提出了一种用槽和同轴线馈电的三极化共形天线，它最多可以接收三个独立的电场极化分量。为了改善隔离度和极化纯度，该天线用一个探针和两个相互临近的缝隙同时馈电。为了验证设计，制造了一个原型天线并对其测量，测量结果与仿真结果吻合，天线小于-10dB 带宽范围为190MHz，带宽范围内三个端口间的隔离度分别高于-16dB，-30dB 和-40dB 。
2 研究目的
本次研究目的是设计出符合如下参数或条件的圆极化微带天线单元和共形于圆柱载体上的天线阵列的仿真模型：
谐振频率：1.575GHz；
介质厚度：1.143mm；
介质介电常数：2.17；
右旋圆极化
1.575GHz处S11≤-10dB
法向轴比（Ar）≤3dB；
3 圆极化单元设计
3.1 贴片天线尺寸设计
天线介质的材料和厚度对于天线的性能是非常重要的。在进行软件仿真时，选用介电常数为2.17，切损为0.0009的Arlon CuClad 217(tm)的材料来作衬底。考虑到需要减小天线的质量以及天线能够被共形到圆柱载体上，介质的厚度可能在0.4mm-1mm之间。
在决定了天线的材料及厚度后，根据公式（1） 就能得出所需要的天线的大致宽度。
（1）
其中，C是光速， 是谐振频率1.575GHz。代入经验公式得，天线大致宽度在64mm附近。
利用电磁仿真模型IE3D自带的微带线模拟仿真器 ，输入介质厚度，介电参数及谐振频率，可得理论传输线宽度w=2mm。
这些数值都只是理论结果，实际数值要根据实际模型及仿真环境的变化而做出适当优化。
3.2 圆极化天线单元设计方案
本研究采用带切角的方形天线，两切角为对角。这种天线能激励出圆极化波，易于调节，性能较稳定。该种天线采用单一馈电，馈线位置固定，能较为方便地只通过修改馈线宽度来调节天线的整体性能。
图 1 方形切角贴片贴片天线单元
图1展示了该款天线的3文图像。在方形贴片对角切去相同形状相同大小的三角块，且其中一角要位于馈线输入端的左边，这能保证产生的就是右旋极化波。馈电线位于其中一边的正中间，宽度可调。馈线长度可暂不予考虑，不影响仿真所需的结果。整个天线单元在仿真阶段采用集总参数馈电，这能够方便绘图而且能够提高仿真效率，且对输入位置要求不高，输入阻抗方便可调。