1 导言
跟着通讯体系的快速开展，迫切需要低成本、高增益，一起具有主动波束盯梢才能的新式天线的呈现。依据相位共轭技能而提出的方向回溯天线（Retrodirective Antenna）能主动发射来波的呼应信号（入射信号或许处理后的入射信号）到来波方向，而不需要来波方向的先验常识和杂乱的数字信号处理算法。相对于传统天线技能和一般的自适应天线技能，方向回溯天线技能具有快速盯梢的特性和更好的性价比，这一特色使得其在通讯、射频辨认、共形天线、功率传输等范畴中有着宽广的使用远景。
为了削减方向回溯天线阵元数目，完成收发阻隔，方向回溯天线阵常选用双极化天线。双极化天线本身具有频率复用、收发一体化、极化分集、进步体系灵敏度、极化捷变等特色。在方向回溯天线阵列体系中使用双极化天线收发一体化的特色，将一对正交极化端口别离用作接纳端和发射端，完成收发阻隔，使得方向回溯天线在通讯体系中发挥更好的效果。
双极化天线馈电结构方法多种多样，一般选用的根本方法有：（1）共面馈电方法，分为角馈和边馈两种根本方法。共面馈电阻隔度较差，一般只使用于特定场合或许工程要求不高的情况下；（2）共面和口径耦合相结合馈电方法。这种馈电方法可完成高阻隔度，极化纯度较高级长处，但因为馈电在不同介质层上，不易用于天线阵列的规划；（3）口径耦合馈电方法。选用开C形或H形槽来完成高阻隔度双极化天线，许多作业者选用这种馈电方法完成双极化。
为进步天线作业带宽和端口阻隔度，本文选用了H形槽和电容加载H形槽相结合的口径耦合馈电方法，辐射贴片选用二级Minkowski分形结构，完成了一种高阻隔度分形双极化微带天线的规划，将其作为方向回溯天线阵列单元（作业频率规模4.4 GHz ~ 5 GHz）。使用电磁仿真软件Ansoft HFSS 11.1对该天线进行电磁仿真，并加工什物，使用Agilent N5230A矢量网络剖析仪进行实践测验。测验成果显现VSWR＜2的相对阻抗带宽H端口到达17.6 %，V端口到达20.5 %，双端口阻隔度大于35 dB，天线增益大于8 dB，前后比大于20 dB，仿真和测验成果均满意方向回溯天线体系对天线单元的要求目标。
2 天线规划
分形口径耦合双极化微带天线结构如图1所示，其间图1（a）为天线侧视图，图1（b）为天线的俯视图。天线主要由两层介质板构成，上层介质板选用聚四氟乙烯资料，辐射贴片刻蚀在上层介质板的下外表，这样上层介质板可起到天线罩的效果加以维护。基层介质板选用FR4资料，接地板和馈线别离坐落基层介质板的上下两边，H形和加载H形槽开在接地板上且彼此笔直。
两层介质板之间为空气层，这相当于将上层介质板的厚度添加到原厚度与空气空隙之和，因而下降了介质板的均匀相对介电常数，即下降了该微带天线的Q值，然后到达了增大频带宽度的意图，一起也有助于进步天线的增益。
为了减小天线尺度，天线辐射贴片选用二级Minkowski分形结构，分形结构改变了辐射贴片电流散布，使电流沿着弯曲的导面子而非简略的几许面散布，相当于添加了电长度，下降谐振频率，因而能够减小天线尺度。
为进步双端口阻隔度，该天线选用H形高阻隔度口径耦合方法。因为彼此笔直的两个H形开槽占有较大的面积，添加了天线尺度，所以V端口选用H形开槽，H端口在H形槽的根底上改善为电容加载H形槽，行将H形开槽两臂弯折，因而添加开槽臂长度，进步端口阻隔度。经过调整两个馈电开槽和辐射贴片开槽的尺度长度，能够改善输入端口的阻抗特性，完成辐射贴片的宽频谐振。
(a)
(b)
图1 (a) 天线侧视图 (b) 俯视图
3 成果及剖析
本文使用Ansoft公司的HFSS软件对分形口径耦合双极化天线进行电磁仿真核算，仿真调试天线尺度为：上层介电常数εr1 ＝2.65，基层介电常数εr2 ＝ 4.4；介质板巨细W = 40 mm，厚度h = 1 mm；贴片尺度pa = pb = 16.8 mm，H形槽结构尺度：xa = 7 mm，xb = 0.5 mm，xc = 6 mm，xd = 0.2 mm；加载H形槽尺度：ya = 5 mm，yb = 0.8 mm，yc = 6 mm，yd = 0.2 mm，tc = 1 mm；馈线开路枝节尺度：vt = 2 mm，ht =3.5 mm。
依据上述天线根本尺度，加工了什物天线。如图2（a）为天线侧视图，图2（b）为二级Minkowski分形辐射贴片。
(a)
(b)
图2 (a) 天线什物侧视图 (b) 分形辐射贴片
图3为两端口驻波的仿真与测验成果。由图3可知，仿真得到端口H驻波小于2的频率规模为4.38 GHz ~ 5.168 GHz，相对阻抗带宽为16.8 %，端口V驻波小于2的频率规模为4.27 GHz ~ 5.203 GHz，相对阻抗带宽为19.7 %；实测得到端口H和端口V的相对阻抗带宽别离为17.6 %、20.5 %。阐明仿真和测验成果根本符合，但测验曲线略有偏移，这是因为介电常数散布的不均匀性和测验差错形成的。
图3 天线双端口VSWR仿真与测验图
天线端口阻隔度的仿真和测验成果如图4所示，在作业频率规模内，双端口阻隔度仿真成果为S21 ≤ -31.5 dB，测验成果为S21 ≤ -35 dB，阐明两端口具有较高的阻隔度，能够完成收发阻隔的工程要求。
图4 天线阻隔度S21
图5标明天线增益的实测成果，可见，在作业频带内天线增益均大于8 dB，满意方向回溯阵单元对增益的要求。
图5 天线增益
图6为f = 4.7 GHz时仿真和丈量得到的方向图。比较仿真和测验成果可知，两端口测得的E面、H面方向图曲线与仿真曲线符合较好，天线前后比大于20 dB。可是端口V实践丈量得到的H面曲线呈现了一些波纹，这是因为测验环境和测验条件的影响所造成的。
(a)
(b)
图6 (a)端口H仿真和测验方向图
(b)端口V仿真和测验方向图
4 定论
本文规划了一种方向回溯天线阵列单元，选用口径耦合双极化天线，使用二级Minkowski分形辐射贴片减小了天线尺度，改善H形耦合槽为%&&&&&%加载H形槽，进步了两端口阻隔度。实测成果和仿真成果符合杰出，实测标明，该天线端口H、端口V的阻抗带宽别离为17.6 %、20.5 %。天线增益到达8 dB以上，前后比大于20 dB，两极化端口阻隔度大于35 dB。该天线可用作方向回溯天线阵单元，完成收发阻隔，削减方向回溯天线阵元数目，为进一步方向回溯天线阵的研讨奠定根底。
