Page 264 - 应用声学2019年第4期

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耦合的 3 极化天线。尽管很多研究者都在此方面做 化由两个正交的微带模式 TM 11 和一个单极子模式
出了一些努力，但仍然存在很大挑战，原因是如果 TM 02 构成，如图 5 所示。为了使它们在 3.5 GHz 共
直接采用 3 个正交的电偶极子或环天线、缝隙天线 同谐振，在微带贴片天线和地板之间添加了一圈金
等来实现 [47−49,52] ，则除了两个正交的水平极化天 属过孔，并对其数量和位置等进行了优化。从表1中
线，还要获得一个与它们垂直的第 3 个天线，因此 可见，这个 3 极化天线的最大优势是利用单层微带
需要一个三维立体结构来实现，如图 3 所示 [49] ，此 结构来实现，其厚度是同类天线中最小的，而且结构
外，文献 [50–51] 中均存在一个垂直的 1/4 波长的单 简单，易于加工，鲁棒性好。
极子天线，因此也是一种立体结构。文献 [42–45] 中
采用圆盘加载的单极子和容性耦合馈电等技术使 3 z
ဗܹጳ1
极化天线的高度明显降低，但需要一种多层结构来
ဗܹጳ2
实现。文献 [46]中通过 1/4 模SIW和两个正交的缝
隙天线来获得一个低剖面的 3 极化天线，但需要一
个双层的结构并要增加一些电容和电感构成的匹 x y
配电路。文献 [53] 中实现了一个平面结构的低耦合 ဗܹጳ3
3 极化缝隙天线，但它的尺寸较大，直径为 130 mm
(a) ᇓϦౝߕї͵ፇ౞ (b) ᇓϦౝߕࠄྭڏ
(2.56λ 0 , λ 0 为自由空间中波长)，工作于5.9 GHz。
为了解决上述问题，文献 [54] 提出了一种基于 z
模式复用理论的 3极化 MIMO天线。与以往的3 极
ႃϦౝߕ1
化天线由 3 个独立设计的天线所构成不同，此天线
ႃϦౝߕ3
由单个辐射体在不同的位置激励出不同的模式来
ႃϦౝߕ2
实现 3 个极化，从而为紧凑型多极化天线的设计提 x y
供了一种新颖独特的思路。通过模式复用，可以利
用一个简单的单层平面微带结构，不需要附加任 (c) ႃϦౝߕї͵ፇ౞ (d) ႃϦౝߕࠄྭڏ
何匹配电路来实现一个共点正交的 3 极化天线，其 图 3 共点正交的 3 极化天线
设计原理、实物照片和 S 参数在图 4 中给出。3 个极 Fig. 3 Colocated orthogonal tri-polarized antenna

0
z
x
-5
y
-10
r 2
Φ N
Port 1 r 4 -15
r 1 Port 3
d SԠ஝/dB -20
Port 2
-25
r 3
h -30
(a) ܹጳ᝺ᝠԔေڏ
-35
-40
3.0 3.2 3.4 3.6 3.8 4.0
ᮠဋ/GHz
S 11 (meas.) S 22 (meas.) S 33 (meas.)
S 11(sim.) S 22(sim.) S 33 (sim.)
S 12 (meas.) S 13 (meas.) S 23 (meas.)
S 12 (sim.) S 13 (sim.) S 23 (sim.)

(b) ܹጳࠄྭིྟ (c) SԠ஝
图 4 天线的设计原理、实物和 S 参数
Fig. 4 Geometry, photograph and S-parameter of the tri-polarized Antenna