单馈多模圆极化天线的设计案例解析

本作品给出了单馈多模圆极化天线的设计理念和应用举例，包括普适性的设计理念、三模宽带天线实例、五模超宽带天线实例和三模双频天线实例。一般性的设计理念包含N个线极化模式，其中每两个相邻的线极化模式都被设计成等幅度的、90度相位差的、和极化正交的。这样，中间的(N-2)个线极化模式都被两个近邻的模式共享。结果上，形成了(N-1)个圆极化模式，显著提高了圆极化带宽。与传统方法相比，其最显著的特点是几乎每个线极化模式均被使用多次。为了验证概念，一个单层U槽天线(N=3)和一个堆叠U槽贴片天线(N=5)被设计。测得的CP带宽分别为21.1%和52.7%。两种圆极化天线均具有带宽宽、体积小、结构简单等优点。

除了上述的多模宽带圆极化设计外，还通过控制模式激励设计了带宽和极化均可调的天线。通过改变馈电位置来控制模式权重系数，进而决定了天线带宽和极化。基于单层U槽贴片的模式分析结果，将贴片划分成5个馈电区域。只要改变馈电位置，即可实现宽/双频和左旋圆极化/右旋圆极化/线极化任意组合的辐射。所有提出的设计都经过了实验验证。

//仿真应用背景

//多模圆极化天线的设计理念

//实例1：三模宽带圆极化天线的仿真结果分析

//实例2：五模超宽带圆极化天线的仿真结果分析

//实例3：三模双频圆极化天线的仿真结果分析

//小结

参考文献

[1] Jianping Zeng, Xiuye Liang, Lianxing He, Fang Guan, Feng Han Lin and Jian Zi. “Single-Fed Triple-Mode Wideband Circularly Polarized Microstrip Antennas Using Characteristic Mode Analysis,” IEEE Trans. Antennas Propag., vol. 70, no. 2, pp. 846–855, Feb. 2022.

[2] Jianping Zeng, Zhe Zhang, Feng Han Lin and Fang Guan. “Penta-Mode Ultra-Wideband Circularly Polarized Stacked Patch Antennas Using Characteristic Mode Analysis”, IEEE Trans. Antennas Propag., vol. 70, no. 10, pp. 9051-9060, Oct. 2022.

[3] Jianping Zeng, Fang Guan and Feng Han Lin. “Control of Characteristic Mode Excitation for Wideband and Dual-Band Circularly Polarized U-Slot Patch Antennas,” IEEE AP-S/URSI, 2022, pp. 229-230.

[4] Jianping Zeng, Feng Han Lin and Fang Guan. “Review of Multi-Mode Circularly Polarized Microstrip Antennas Using Characteristic Mode Analysis,” ACES China, 2022. Accepted.

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作者：jpzeng2630

编辑：黄飞