《電子技術(shù)應(yīng)用》
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一款双频段双极化天线设计
电子技术应用
刘巾军1，沈飘飘2，肖如奇3
1.陆军装备部驻南京地区军事代表局驻南京地区第四军事代表室； 2.中国电子科技集团公司第三十六研究所； 3.江苏第二师范学院 人工智能与教育现代化研究中心
摘要： 设计了一款2.4 GHz和5.8 GHz频段的双频双极化天线，可应用于同步双通道无线通信。首先利用特征模理论分析无U形缝隙加载的辐射结构的谐振特性，存在两个不同的谐振模式；其次引入辐射结构加载U形缝隙，在高频段得到两个幅度相同，相位差为90°的谐振模式，实现了圆极化；最后在模式电流最大处引入耦合馈电，实现双频双极化天线的设计并进行实测验证。实测结果表明：天线在低频处实现全向线极化，阻抗带宽为2.1%（2.38 GHz~2.43 GHz）；在高频处实现定向圆极化，阻抗带宽为22.8%（4.90 GHz~6.16 GHz），轴比带宽为2.4%（5.75 GHz~5.89 GHz）。测量结果和仿真结果基本吻合，验证了设计的有效性。
中圖分類號：TN82 文獻標志碼：A DOI: 10.16157/j.issn.0258-7998.245882
中文引用格式： 劉巾軍，沈飄飄，肖如奇. 一款雙頻段雙極化天線設(shè)計[J]. 電子技術(shù)應(yīng)用，2025，51(6)：92-98.
英文引用格式： Liu Jinjun，Shen Piaopiao，Xiao Ruqi. Design of a dual-band dual-polarized antenna[J]. Application of Electronic Technique，2025，51(6)：92-98.
Design of a dual-band dual-polarized antenna
Liu Jinjun1，Shen Piaopiao2，Xiao Ruqi3
1.The Fourth Military Representative Office of the Military Representative Bureau of the Army Armament Department in Nanjing； 2.China Electronic Technology Group Corporation No.36 Research Institute； 3.Research Center of Artificial Intelligence and Modernization of Education， Jiangsu Second Normal University
Abstract： A dual-band dual-polarized antenna with 2.4 GHz and 5.8 GHz bands is designed, which can be applied to synchronous dual-channel wireless communication. Firstly, the resonance characteristics of the radiating structure without U-shaped slots are analyzed using the characteristic mode theory, revealing the existence of two distinct resonance modes. Then, U-shaped slots are introduced into the radiating structure, resulting in two resonance modes in the high-frequency band with equal amplitudes and a 90° phase difference, thereby achieving circular polarization. Finally, coupling feeding is introduced at the locations of maximum modal currents to realize the design of the dual-band dual-polarized antenna, which is then experimentally verified. The measurement results demonstrate that the antenna achieves omnidirectional linear polarization in the low-frequency band with an impedance bandwidth of 2.1% (2.38 GHz~2.43 GHz), and directional circular polarization in the high-frequency band with an impedance bandwidth of 22.8% (4.90 GHz~6.16 GHz) and an axial ratio bandwidth of 2.4% (5.75 GHz~5.89 GHz). The measured results are in good agreement with the simulation results, validating the effectiveness of the design.
Key words : characteristic mode analysis；dual-band antenna；dual-polarized antenna

引言

隨著科技的不斷進步，傳感器和通信設(shè)備的應(yīng)用越來越廣泛，因此對于天線的要求也越來越高，只能工作在單一頻段的天線難以面對越來越復(fù)雜的應(yīng)用場景[1-4]。為了提高接收和發(fā)射信號的隔離度，同時也為了提高頻帶的利用率，將通信系統(tǒng)劃分為上行和下行頻段，它們以不同的極化形式工作，以進一步提高隔離度。因此，研究具備多頻多極化功能的天線有著極高的應(yīng)用價值[5]。

傳統(tǒng)獲得多頻性能的方法是為天線添加具有不同諧振頻率的寄生元件[6-7]或加載具有左右手特性的超材料單元[8-9]。在此之外，許多相關(guān)學(xué)者也為實現(xiàn)天線的雙頻雙極化特性做了許多其他的嘗試[10-14]。Qian 和  Tang 在2011年通過兩個不同的輻射單元設(shè)計了一款結(jié)構(gòu)簡單的雙頻雙極化天線[10]，然而該天線整體口徑較大，不符合小型化的天線設(shè)計趨勢[11]。Zhang 和 Wu 等研究人員在2016年設(shè)計了一款能夠在保證天線小口徑的同時實現(xiàn)不同的圓極化輻射的天線[12]，但是它需要兩個饋電端口才能夠?qū)崿F(xiàn)預(yù)期效果[11]。Monterodepaz于2011年設(shè)計了一款加載諧振器的雙頻雙極化的微帶天線[13]，但是該天線僅能實現(xiàn)線極化的雙頻特性，且?guī)捿^窄[14]。鑒于目前國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀，雙頻段雙極化天線的設(shè)計仍存在深入研究的必要性。

Harrington 和Mautz[15-16]于1971年提出了經(jīng)典特征模理論，它與傳統(tǒng)商業(yè)軟件的冗余優(yōu)化設(shè)計及試錯天線設(shè)計方法有所不同，能夠直接指導(dǎo)天線設(shè)計者利用各種結(jié)構(gòu)的諧振特性進行天線設(shè)計，其被廣泛應(yīng)用于解釋天線的工作機制，幫助指導(dǎo)天線的設(shè)計研究[17]。為了更直觀地指導(dǎo)天線的設(shè)計，本文采用基于混合勢積分方程的特征模理論[18]分析并設(shè)計一款2.45 GHz和5.8 GHz頻段雙模式同時工作的雙極化天線。該天線結(jié)構(gòu)由加載U形縫隙的貼片結(jié)構(gòu)1、矩形貼片結(jié)構(gòu)2和兩端短路的貼片結(jié)構(gòu)3組成。其中貼片結(jié)構(gòu)1高頻下存在定向輻射特性；貼片結(jié)構(gòu)2起到耦合的作用；貼片結(jié)構(gòu)3在低頻下存在全向輻射特性。


本文詳細內(nèi)容請下載：

http://ihrv.cn/resource/share/2000006568


作者信息：

劉巾軍1，沈飄飄2，肖如奇3

（1.陸軍裝備部駐南京地區(qū)軍事代表局駐南京地區(qū)第四軍事代表室，江蘇 南京 210024；

2.中國電子科技集團公司第三十六研究所，浙江 嘉興 314033；

3.江蘇第二師范學(xué)院 人工智能與教育現(xiàn)代化研究中心，江蘇 南京 211200）


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