一种新型星载SAR宽带双极化微带天线着眼于未来需求，星载SAR正朝着多极化、高分辨率和宽观测带 的趋势发展。天线作为星载SAR的重要子系统，对SAR的功能起着重 要作用。因此 , 具有大带宽、高隔离度、低交叉极化的微带天线被广 泛地研究。目前 , 宽带双极化微带天线馈电方式大都采用口径耦合形式 , 即 在接地面上开两个形状完全一样，尺寸略微不同的垂直正交的“H形 或矩形口径进行能量耦合 ;辐射贴片采用了层叠结构 , 即在主辐射贴 片上方增加相同形状但尺寸不同的寄生辐射贴片。 耦合馈电的方式和 层叠结构在显著增加带宽的同时 , 也减小了伪辐射 , 有效地提高了端 口隔离度。对于双极化微带天线 , 通常最重要的指标就是交叉极化 , 如何抑 制交叉极化电平始终是双极化天线研究的焦点。近年来 , 一些学者将 光子带隙结构 (PBG) 应用到天线设计中， 从而有效地抑制表面波的影 响, 但是这种方法也带来天线结构过于复杂的弊端 , 尤其是对于大型 天线阵列 , 这个问题更加突出。 此外 , 反向倒相技术被应用在阵列结构 中, 交叉极化也得到某种程度的抑制。 对于微带天线单元 , 良好的对称 结构有利于高次模的抑制 , 从而对交叉极化性能有重要的影响。那么 有没有其他对称结构的天线单元形式具有良好的交叉极化性能呢 ? 基于这种思路 , 本文做了一些有益的尝试。本文在采用口径耦合馈电方式和层叠结构的基础上 , 通过改变寄 生贴片的形状 , 又保持天线整体良好的对称性 , 提出了一种新型宽带 双极化微带天线单元。 计算结果表明 : 其整体性能优于上述天线结构 , 兼有大带宽 （双端口在 VSWR 2 时阻抗带宽分别为 24 %和23.1 %） 、 高隔离度（带内优于-48dB ,中心频率处达-52 dB）、低交叉极化的 特性（双端口 E面和1端口 H面在方位角为士 40内优于-53dB ,2端口 H 面在方位角为 10内优于 -40dB） ，具有重要工程应用前景。 1 天线的设计天线单元结构如图13所示,把天线主体剖分为八层，第一层和 第四层分别为圆形寄生贴片和正方形主辐射贴片 , 第二、三、五、七 层为介质层 , 第六层为接地面 , 其上面开有两个正交的矩形孔径 ,馈线 通过孔径耦合能量 , 从而激励起两种正交模式 , 实现垂直和水平极化 工作状态。第八层为馈电层 , 本文通过在开路线终端加可调枝节的方 式, 使馈线、孔径、贴片达到良好的匹配。对于介质板的选择 ,贴片层介质板主要影响天线的阻抗带宽 , 主 要表现在带宽与介电常数成反比 , 与厚度成正比。 但是, 介质板厚度的 增加也会使表面波增强 , 从而导致天线增益和极化纯度的降低。对于 接地板层介质 , 由于孔径的存在 , 馈线能量在向上辐射的同时 , 也会经 天线再次反向向下辐射 , 表现为背瓣过大 , 增益降低。所以 , 我们采用 较薄的高介电常数介质板来增强介质对场的束缚 , 从而达到减小背向 辐射。鉴于上述原因 , 本文设计天线中第二、五层介质板选用 Duroid 5880 , 第三层介质板选用泡沫 , 第七层介质板选用陶瓷板。天线工作 中心频率为 514GHz ,传输线模型公式为：L(1)(2)* r A |, f 仙 + (L 300丿(L/ In + 0- 262).-2AA; 2u n isTt?L 1 +2/ X(na72h) + L 7?26皿其中， 二一-分别为真空中光速、天线工作中心频率、等效介电常数、辐射边缘场的补偿尺寸。通过迭代式(1)(4) 可以求出正方形贴片边长L。a为圆形贴片的有效半径，gn为J n(x)的第m个零点，由于圆形寄生贴片工作的主模为TM11模，所以 取- J 可以查表取1.8412 ,通过迭代式(5)、(6)可求出圆形贴片物理半径aOffl i 天n 2天銭需视图选用Designer软件进行仿真。在仿真过程中，可以理解为天线整 体有三个谐振器，即两个贴片和口径都有自己的阻抗环，窄阻抗环由 谐振器间的弱耦合产生，宽环相应的由紧耦合或过耦合谐振产生。通 过调节谐振器参数使阻抗环彼此接近。就宽带而言，从smit h图中表现为这些环应该彼此靠拢并近似环绕于中心，圆的半径应该小于2 , 即 VSWR 2在优化设计时，应该特别强调下帖片的尺寸，其处在整个耦合网 络的中心,对上下两个谐振器都有影响。对于两个孔径和馈线，我们先 确定馈线和孔径的宽度，根据初始情况调节馈线开路端长度和孔径的 位置、长度。在调节过程中可以发现一些近似的规律，如输入阻抗实部随孔径的长度增加而增加，随孔径位置偏离贴片边缘的距离增大而降低;虚部随开路线长度增加呈感性趋势变化；隔离度随两个孔径的 位置的接近而降低；交叉极化电平随孔径偏离贴片中心的距离增加而 升高。软件优化后的天线结构参数为： =22 卫=1- 087 = 2 2，勻=4-2,hi = 0. 254mm,加=4 8mm, h = L 524mm, In = 0- 508nnih in = 1- 9mm, ir? = 1mm, L3 = 10* 4mm,4 = G 5mm, R 二 1 L 2mm mZh、址小、瓜分别为第二、三、五、七层介质板的 介电常数和厚度，”L ：亠L分别为馈线宽 度、孔径宽度、开路枝节的宽度、孔径中心到1端口的距离、开路线 长、孔径长度、孔径中心到2端口的距离，R为圆形贴片直径。 2 参数分析与计算结果对比该新型天线单元与SSFIP结构有很多相似之处。对于SSFIP结构, 从1988年被Jean FrancoisZurcher 首次提出至今，国内外很多学者 做了相关研究。对于这种天线结构的参数分析主要集中在耦合口径的 尺寸、位置、馈线的尺寸、开路端距离中心的长度、上下辐射贴片的 尺寸、相对大小等对驻波、阻抗的影响。该天线在仿真过程中也对这 些参数进行了研究，很多现象与已有研究结果相吻合，上面已经提到， 限于篇幅这里不再赘述。由于新型天线与常见的天线主要不同是寄生 贴片与主辐射贴片形状不同，这里着重对圆形寄生贴片的半径进行了 分析。如图4、5、6分别为半径为9.2 mm 11.2 mm、13.2 mm时 天线输入阻抗的史密斯圆图。从图中可以看出，圆形寄生贴片的大小 对天线中主辐射贴片的耦合影响较大。从阻抗环可以看出，当半径为9.2 mm时，阻抗环仅有一个宽环，这说明此时天线谐振器中主要体现 为下层方形主辐射贴片同孔径的耦合，其与上层圆形寄生贴片的耦合 很弱。当半径为13.2 mm时，此时出现一大一小两个阻抗环，且大阻抗 环大于半径为9.2mn时的阻抗环，这表面圆形寄生贴片面积的增大导 致整个天线谐振器之间耦合增强，但主辐射贴片与寄生辐射贴片、主 辐射贴片与口径之间能量的耦合不均衡，两个辐射贴片之间呈过耦合 状态。当半径为11.2 mm时,两个阻抗环彼此接近，且大部分位于圆图 中心半径等于2的圆内，此时上下辐射贴片和口径之间辐射能量均衡 达到最佳谐振状态。S 4寄生圆舷霍射贴片半SA 9.Z rnm-1O圈S寄生圆矗辐射妙片半桂为1X2 mm为了便于结果对比，定义新型天线单元（寄生贴片为圆形）为A 型,将圆形寄生贴片换为正方形寄生贴片，其他结构保持不变，从而构 成另一种天线单元，定义为B型。对于B型天线单元，仅微调正方形 寄生贴片的尺寸和孔径的位置使该天线同样达到最优的匹配状态。 图7显示两种天线单元的双端口驻波特性，图中表明VSWR 2时,A型天线1端口和2端口阻抗带宽分别为24 %（从4175 GHz到6105 GHz） 和23.1 %（从418 GHz到6105 GHz）,中心频率为514GHz ,B型天线1 端口和2端口阻抗带宽分别为24 %（从417 GHz到6 GHz）和21.3%（从 418 GHz到5195 GHz）,中心频率也为514 GHz ,在带宽上,A型天线比 B型天线略优。图6需生圖形辐射贴片半径为1L 2 mm4 64 8525 4565 BF/GHz图7双端口驻波特性图8显示天线单元双端口隔离度，从中看出，在带内,A型天线 隔离度低于-48 dB ,中心频率处为-52 dB ,均明显优于B型天线。 图9和10为双端口 E面的极化方向图。可以看出,A型天线单元1、 2端口 E面交叉极化电平分别优于-55 dB和-50 dB ,最好达-61.3 dB和-53.6 dB ,而B型天线单元仅优于-40 dB 和-41 dB , 最好达-4312 dB和-4511 dB ,明显逊于A型天线单元。图11为两种 天线单元1端口 H面极化方向图。图中显示,A、B型天线单元1端 口 H面交叉极化电平分别优于-55 dB 和-42 dB ,在0到-40 之 间,差距更明显。图&隔离度特性ffi 91塑口 E面ts化方向圉圈】2端口 E面椒乜方向图图12显示2端口 H面极化方向图。在10内,两种天线交叉极 化电平均优于-40 dB ,在0附近交叉极化电平更低，两种天线交叉 极化电平相近。造成H面交叉极化电平较高的原因是为了达到良好的 阻抗匹配,使2端口耦合孔径的位置偏置贴片中心距离过大，相对于1 端口 ,对称性变差。林4 It图仃1靖口 H面協化方間囲圈口 25口11面曙代方囱图另外,笔者还同时提出并研究了另一种新型天线单元：正方形主 辐射贴片加载圆环寄生贴片。为了验证其准确性，计算采用基于另一 种算法的HF2SS高频电磁仿真软件。计算结果同样显示：在正方形- 正方形、圆形-圆形、正方形-圆形、正方形-圆环四种不同结构天 线单元中（四种不同天线单元主辐射贴片参数及所用介质板材完全相 同,寄生贴片形状不同，馈线等其他参数仅做细微调谐以使天线达到 最佳匹配状态），正方形-圆形、正方形-圆环两种天线单元交叉极 化性能优于另外两种天线单元。四种天线单元性能对比如表1:表1四种不同天线单元交叉极化性能对比交叉极化正方形.正方形TF方形圆形.圆形正方形1剧环1端口 E面-42 dB-37 dB 36dB 41 dB2端口 E面-40 IB-31 dB-30dB 38 dB1端口 H面-42 1B-36 dB-35dB-43 dB2端口 H面 40 dB 36 dB 36dB 41 dB3 结论通过改变寄生贴片的形状，使之既具有良好的对称性，又与主辐 射贴片形状不同 , 从而提出了一种新型结构的天线单元。同时与另一 种结构较常见的天线单元进行了对比 , 结果表明新型天线单元在带 宽、隔离度和交叉极化特性上均优于普通常见天线结构 , 其中交叉极 化最为突出 ,优于- 5 dB 左右。由于从阻抗曲线来看每种天线都匹配 良好,且阻抗曲线实部、虚部无较大起伏偏差 , 因此可以认为阻抗匹配 不绝对相同导致天线性能差异的影响较小。 新型天线单元交叉极化电 平更低可能是由于两种不同形状的贴片激励起不同的主模和高次模 , 从而使交叉极化分量得到部分抵消。 详尽的理论分析有待于加工测试 后进行更深入的研究。 但单从仿真计算结果已经能够说明新型天线具 有可行、重要的现实意义 ,其性能能够满足未来星载 SAR 的工程需要 , 具有重要工程应用前景。