一种用于点对点和卫星通信应用的宽带双圆极化固定波束漏波天线

《IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters》：A Broadband Dual-Circularly Polarized Fixed-Beam Leaky-Wave Antenna for Point-to-Point and Satellite Communication Applications

宽频带双圆极化固定束泄漏波天线设计 通过在泄漏波天线（LWA）的脊型间隙波导（RGW）上周期性开槽耦合微带线，结合等角螺旋天线辐射单元和相邻微带线相位补偿技术，成功实现了24-39 GHz（48.8%）宽频带双圆极化固定束辐射。实测峰值增益达14.6 dBic，兼具宽频带和双圆极化特性，适用于点对点及卫星通信。

　　

摘要：

本文设计了一种宽带双圆极化（CP）固定波束泄漏波天线（LWA）。该天线采用了平面等角螺旋天线作为辐射元件，以实现双圆极化辐射。两个并排排列的脊缝波导（RGW）作为基本的传输结构。在RGW上周期性刻蚀金属槽，将波导中的能量耦合到相应的微带分支上，再传输到辐射元件。通过相邻微带分支的相位补偿，实现了宽侧面的固定波束。设计的天线原型经过仿真、制造和测试。在24 GHz至39 GHz的频段内，该LWA能够实现稳定的宽侧面双圆极化辐射，测得的峰值增益为14.6 dBic。该天线在宽频带内同时具备固定波束和双圆极化辐射的特性，在点对点和卫星通信应用中具有巨大潜力。

引言

泄漏波天线（LWA）由于其天然优势（如宽频带、低外形、高增益和简单的馈电结构）而在电磁领域受到了广泛关注[1]。然而，LWA的一个显著特点是其天然的色散特性，这会导致波束偏斜，从而限制了其在点对点和卫星通信中的应用。近年来，人们提出了多种方法来减轻LWA的波束偏斜问题，例如在LWA的主传输波导的泄漏侧使用透镜[3]或超表面[4]来实现色散补偿。其他设计方法包括使用方形金属挡板[5]、空气填充基板集成波导（SIW）[6]、耦合SIW[7][8]、多谐振耦合元件[9]、基板集成槽[10]、负折射率传输线[11]、有源非Foster电路[12]、横电磁传输线[13]、平行板波导棱镜[14][15]以及相位延迟线[16][17]等。与上述线极化固定波束LWA相比，圆极化（CP）天线更受青睐，因为它们能够有效减少极化不匹配并克服多径干扰[18]。因此，具有CP辐射特性的固定波束LWA有助于提高点对点和卫星通信中的信号质量。此外，与单圆极化天线相比，双圆极化天线不仅可以扩展无线通信链路的带宽，还能增强系统的灵活性。然而，现有的双圆极化固定波束LWA的带宽较窄[19]，因此研究宽带双圆极化固定波束LWA具有重要意义。