《電子技術(shù)應(yīng)用》
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一款雙頻段雙極化天線設(shè)計(jì)
電子技術(shù)應(yīng)用
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； 2.中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第三十六研究所； 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
摘要： 設(shè)計(jì)了一款2.4 GHz和5.8 GHz頻段的雙頻雙極化天線，可應(yīng)用于同步雙通道無(wú)線通信。首先利用特征模理論分析無(wú)U形縫隙加載的輻射結(jié)構(gòu)的諧振特性，存在兩個(gè)不同的諧振模式；其次引入輻射結(jié)構(gòu)加載U形縫隙，在高頻段得到兩個(gè)幅度相同，相位差為90°的諧振模式，實(shí)現(xiàn)了圓極化；最后在模式電流最大處引入耦合饋電，實(shí)現(xiàn)雙頻雙極化天線的設(shè)計(jì)并進(jìn)行實(shí)測(cè)驗(yàn)證。實(shí)測(cè)結(jié)果表明：天線在低頻處實(shí)現(xiàn)全向線極化，阻抗帶寬為2.1%（2.38 GHz~2.43 GHz）；在高頻處實(shí)現(xiàn)定向圓極化，阻抗帶寬為22.8%（4.90 GHz~6.16 GHz），軸比帶寬為2.4%（5.75 GHz~5.89 GHz）。測(cè)量結(jié)果和仿真結(jié)果基本吻合，驗(yàn)證了設(shè)計(jì)的有效性。
中圖分類號(hào)：TN82 文獻(xiàn)標(biāo)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(jì)[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(jìn)步，傳感器和通信設(shè)備的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，因此對(duì)于天線的要求也越來(lái)越高，只能工作在單一頻段的天線難以面對(duì)越來(lái)越復(fù)雜的應(yīng)用場(chǎng)景[1-4]。為了提高接收和發(fā)射信號(hào)的隔離度，同時(shí)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(jìn)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(jià)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(shí)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(guò)兩個(gè)不同的輻射單元設(shè)計(jì)了一款結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(jì)趨勢(shì)[11]。Zhang 和 Wu 等研究人員在2016年設(shè)計(jì)了一款能夠在保證天線小口徑的同時(shí)實(shí)現(xiàn)不同的圓極化輻射的天線[12]，但是它需要兩個(gè)饋電端口才能夠?qū)崿F(xiàn)預(yù)期效果[11]。Monterodepaz于2011年設(shè)計(jì)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(shí)現(xiàn)線極化的雙頻特性，且?guī)捿^窄[14]。鑒于目前國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀，雙頻段雙極化天線的設(shè)計(jì)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(jì)及試錯(cuò)天線設(shè)計(jì)方法有所不同，能夠直接指導(dǎo)天線設(shè)計(jì)者利用各種結(jié)構(gòu)的諧振特性進(jìn)行天線設(shè)計(jì)，其被廣泛應(yīng)用于解釋天線的工作機(jī)制，幫助指導(dǎo)天線的設(shè)計(jì)研究[17]。為了更直觀地指導(dǎo)天線的設(shè)計(jì)，本文采用基于混合勢(shì)積分方程的特征模理論[18]分析并設(shè)計(jì)一款2.45 GHz和5.8 GHz頻段雙模式同時(shí)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。


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http://www.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(guó)電子科技集團(tuán)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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