双极化天线的实现方式主要围绕如何在同一结构中集成两个正交极化方向的辐射单元，并通过合理的馈电设计和结构优化实现高效的信号发射与接收。其核心目标是通过减少天线数量、提高隔离度和增强抗干扰能力，满足现代通信系统对高容量、高稳定性和低成本的需求。本文将围绕几种典型实现方式及其技术原理进行分析。
一、微带贴片天线
微带贴片天线是双极化天线中应用最广泛的一种形式，其核心在于通过贴片结构和馈电方式的设计，实现水平与垂直极化或±45°斜极化的双极化特性。
1、结构设计：微带贴片天线通常由介质基板、金属贴片和接地层组成。双极化贴片天线的关键在于贴片的形状和馈电点的布局。例如，通过在贴片上设计两个相互正交的馈电点（如水平与垂直方向），或采用斜切贴片（±45°方向）实现双极化辐射。此外，通过引入U形缝隙、L型探针或耦合馈电结构，可以进一步优化阻抗匹配和带宽性能。
2、馈电方式：常见的馈电方式包括同轴探针馈电、微带线边缘馈电和口径耦合馈电。同轴探针馈电结构简单但可能引入寄生电感；微带线边缘馈电通过减少寄生效应提升效率；而口径耦合馈电则通过开槽实现非接触式能量传输，降低馈电对辐射单元的影响。
3、隔离度优化：双极化贴片天线的两个馈电端口之间需要高隔离度（通常要求≥25 dB）以避免信号串扰。为此，设计中常采用正交馈电网络（如180°相位差的功分器）、寄生贴片或空气层来增强端口隔离。例如，在±45°双极化贴片中，通过引入金属屏蔽墙或调整馈电位置，可以显著抑制交叉极化耦合。
二、交叉偶极子天线
交叉偶极子天线由两个正交放置的单极化偶极子构成，分别负责水平和垂直极化的信号传输。
1、结构设计：早期的交叉偶极子多为金属偶极子，但现代设计中更倾向于平面印刷偶极子或多偶极子阵列。例如，将两个偶极子臂以90°夹角排列，并通过加载寄生贴片或弯曲臂结构扩展带宽。此外，通过调整偶极子长度和间距，可以实现双频或多频段操作。
2、馈电方式：交叉偶极子通常采用平衡馈电（如巴伦结构）或不平衡馈电（如同轴馈电）。为了提高隔离度，馈电网络需保证两个偶极子的激励信号在相位和幅度上的独立性。例如，使用180°相位差的功分器可抵消交叉极化干扰。
3、性能优化：通过引入多级偶极子或加载谐振单元（如寄生贴片），可显著提升带宽和增益。例如，某些宽带设计中，偶极子臂被分割为多个谐振段，形成多频响应。
三、磁电偶极子天线
磁电偶极子天线结合了电偶极子和磁偶极子的特性，通过正交辐射实现双极化。
1、结构设计：电偶极子通常由金属柱或缝隙结构构成，而磁偶极子则通过环形结构或金属柱短路接地实现。两者正交排列后，可同时激发水平和垂直极化场。例如，基于磁电偶极子的双极化天线单元可能包含四个对称的辐射臂，通过L型缝隙或垂直弯折结构优化电流分布。
2、馈电方式：磁电偶极子天线的馈电需同时激励电偶极子和磁偶极子。常见的方案是使用“Γ”形正交馈电网络，通过调节馈线长度和宽度实现阻抗匹配。此外，同轴馈电结合金属底板可减少电磁泄漏。
3、性能优化：通过加载寄生结构（如矩形金属块）或调整缝隙参数，可扩展带宽并提高增益。例如，某设计在3~5 GHz频段内实现了63.5%的相对带宽和17.2 dBi的峰值增益。
四、扇形喇叭天线
扇形喇叭天线通过调整波导截面形状实现双极化和双频操作。
1、结构设计：扇形喇叭的截面尺寸和弯曲角度直接影响高低频性能。高频段采用较小尺寸和大角度弯曲以增强方向性，而低频段则通过扩大截面和减小弯曲角扩展辐射范围。
2、双极化实现：通过在波导中嵌入正交的辐射结构（如交叉波导或斜切缝隙），可同时支持水平和垂直极化。例如，在毫米波通信中，扇形喇叭常与双极化波导滤波器结合使用。
3、性能特点：扇形喇叭天线具有高方向性和低损耗，但体积较大，适合基站和卫星通信中的高功率场景。
五、平行板天线
平行板天线利用两块导体板之间的空气间隙形成辐射区，通过调整板间距和线宽实现双极化。
1、结构设计：平行板天线的极化方向由导体板的排列方向决定，水平极化通过与地面平行的板实现，垂直极化则通过垂直排列。双极化版本通常采用±45°倾斜的板结构。
2、馈电方式：通过微带线或同轴探针馈电，馈电点需精确设计以避免信号串扰。例如，使用多层馈电网络可分离水平和垂直极化信号。
3、性能优化：通过引入寄生板或调整板间距，可扩展带宽并改善阻抗匹配。例如，某设计通过优化线宽和板距，在特定频段实现了双极化操作。
