引言

由于圓極化天線(xiàn)具有接收效率高、抗多徑反射、抗干擾 等性能優(yōu)點(diǎn)，因此在衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。具 有多頻段、圓極化和寬帶特點(diǎn)的移動(dòng)導(dǎo)航終端天線(xiàn)是近年來(lái)衛(wèi) 星導(dǎo)航天線(xiàn)研究的熱點(diǎn)。在文獻(xiàn)中，提出了一種寬帶圓 極化縫隙天線(xiàn)，在地板上開(kāi)有單線(xiàn)波圓形螺旋槽來(lái)實(shí)現(xiàn)圓極 化，但缺點(diǎn)是不容易確定所需的圓形螺旋槽的尺寸，圓極化的 實(shí)現(xiàn)難度較大。為了解決這一問(wèn)題，在文獻(xiàn)中提出了一種 利用空間順序旋轉(zhuǎn)技術(shù)的寬帶圓極化縫隙天線(xiàn)，在地板上開(kāi) 有單個(gè)方形螺旋槽來(lái)實(shí)現(xiàn)圓極化，但是需要同時(shí)調(diào)節(jié)方形螺 旋槽的始端和末端的長(zhǎng)度來(lái)實(shí)現(xiàn)圓極化，導(dǎo)致圓極化的實(shí)現(xiàn) 難度增大。本文設(shè)計(jì)了一種更簡(jiǎn)單的微帶線(xiàn)饋電的圓極化縫隙 天線(xiàn)，在地板上開(kāi)有兩個(gè)方形螺旋槽，該結(jié)構(gòu)只需要同步調(diào) 節(jié)螺旋槽的末端的長(zhǎng)度即可實(shí)現(xiàn)圓極化。另外，還可以通過(guò) 調(diào)節(jié)螺旋槽的寬度來(lái)獲得較大的軸比帶寬；在地板中央切去 一個(gè)圓環(huán)形槽以降低圓極化的中心頻率。應(yīng)用仿真軟件HFSS 對(duì)該天線(xiàn)進(jìn)行仿真優(yōu)化，并制作了實(shí)物。仿真及實(shí)測(cè)結(jié)果表明， 該天線(xiàn)的相對(duì)駐波帶寬達(dá)到38.5%，相對(duì)軸比帶寬達(dá)到約5%。

1天線(xiàn)設(shè)計(jì)

圖1給出了該天線(xiàn)的整體結(jié)構(gòu)示意圖。其中圖1 (a)為天 線(xiàn)俯視圖，圖1 (b)為天線(xiàn)仰視圖。

該天線(xiàn)印制在一塊厚度為1 mm，相對(duì)介電常數(shù)為4.4， 損耗角正切為0.019的低耗FR4介質(zhì)基板上，該基板的平面 尺寸為&XW。。在它的正面印制天線(xiàn)的輻射貼片單元，背面印 制微帶饋線(xiàn)。圖1(a)中，在地板上開(kāi)有兩個(gè)方形的螺旋槽， 每個(gè)方形螺旋槽外側(cè)的長(zhǎng)度從內(nèi)到外均依次為L(zhǎng)，L+w，L+2w， L+3w，L+4w，L+5w。此處,w為方形螺旋槽的寬度，d為方形 螺旋槽末端枝節(jié)長(zhǎng)度的調(diào)節(jié)量，通過(guò)調(diào)節(jié)d的大小可以獲得 最適宜的軸比，從而實(shí)現(xiàn)圓極化。每個(gè)方形螺旋槽外側(cè)的總 長(zhǎng)度均為6L+15w— d，大約為所需諧振頻率處的一個(gè)自由空 間操作波長(zhǎng)。在地板的中心位置切去一個(gè)圓環(huán)形槽，增大感 應(yīng)電流的路徑，從而降低圓極化的中心頻率。該圓弧形槽的 外半徑為R1，內(nèi)半徑為R2。微帶饋線(xiàn)的結(jié)構(gòu)如圖1(b)所 示，微帶饋線(xiàn)設(shè)計(jì)為50 Q,其導(dǎo)電貼片的寬度為W末端 的兩個(gè)開(kāi)路枝節(jié)均位于地板上的方形螺旋槽的中央，分別與 SMA射頻接頭相連接。通過(guò)電磁仿真軟件HFSS 14.0進(jìn)行 建模仿真，對(duì)各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)節(jié)，得到最佳參數(shù)尺寸如 下：0=100 mm, W)=65 mm, R「7 mm, R?=4 mm, L=22 mm，

2 仿真與實(shí)測(cè)結(jié)果

根據(jù)上述仿真優(yōu)化的結(jié)果，加工并制作了天線(xiàn)實(shí)物，如 圖 2 所示。圖 2（a）為天線(xiàn)正面圖，圖 2（b）為天線(xiàn)背面圖。 為了驗(yàn)證仿真結(jié)果的準(zhǔn)確性，采用 Agilent E5071C 矢量網(wǎng)絡(luò) 分析儀實(shí)際測(cè)量了天線(xiàn)的 S 參數(shù)，并將實(shí)測(cè)和仿真結(jié)果進(jìn)行 了對(duì)比。由于實(shí)驗(yàn)條件的限制，未能對(duì)天線(xiàn)的軸比、方向圖等 參數(shù)進(jìn)行實(shí)際測(cè)量。

天線(xiàn)回波損耗的仿真結(jié)果如圖3所示?？梢钥闯觯撎?線(xiàn)在頻段1.35?1.78 GHz, 2.35?2.63 GHz內(nèi)的S11均小 于一10 dB,相對(duì)駐波帶寬達(dá)到38.5%,滿(mǎn)足指標(biāo)要求。天線(xiàn) 在1.3?2.7 GHz內(nèi)增益的仿真曲線(xiàn)圖如圖4所示，可看出天 線(xiàn)在中心頻率附近處的增益都較好，整體輻射性能達(dá)到要求。

圖3回波損耗隨頻率變換曲線(xiàn)

圖4增益曲線(xiàn)圖

天線(xiàn)軸比隨頻率變化的仿真曲線(xiàn)如圖5所示。其中，圖5

(a)為1.575 GHz中心頻率處附近的軸比隨頻率變化的仿真曲 線(xiàn)，圖5(b)為2.492 GHz中心頻率處附近的軸比隨頻率變化 的仿真曲線(xiàn)。從圖中可以看到頻率在1.56?1.60 GHz范圍和

2.47?2.53 GHz范圍內(nèi)天線(xiàn)軸比均小于3 dB,相對(duì)軸比帶寬 達(dá)到約5%,有著良好的圓極化特性。

(a) 1.575 GHz頻率處附近的軸比曲線(xiàn)

(b) 2.492 GHz頻率處附近的軸比曲線(xiàn)

圖5軸比隨頻率變換曲線(xiàn)

該天線(xiàn)的結(jié)構(gòu)決定了其具有雙面輻射的特性。天線(xiàn)在中 心頻率1.575 GHz和2.492 GHz處的仿真歸一化方向圖分別如 圖6(a)、圖6(b)所示。從兩幅圖可以看出天線(xiàn)在正面輻射 的右旋圓極化波的增益遠(yuǎn)大于左旋圓極化波的增益，故在正 面輻射右旋圓極化波。與此相反，在背面輻射的為左旋圓極 化波。

(a) 1.575 GHz處的方向圖

(b) 2.492 GHz處的方向圖

圖6天線(xiàn)歸一化方向圖

頻率在 1.575 GHz，2.492 GHz 時(shí)天線(xiàn)圓極化軸比隨角度變化的曲線(xiàn)分別如圖 7（a）、（b）所示，從圖 7 可見(jiàn)，該天線(xiàn)在中心頻點(diǎn)處的軸比小于 3 dB 的波束寬度，大約達(dá)到了65°。

3 結(jié) 語(yǔ)

本文提出了一種微帶線(xiàn)饋電的雙頻段圓極化縫隙天線(xiàn)。在地板上開(kāi)有兩個(gè)方形螺旋槽，并通過(guò)同步調(diào)節(jié)這兩個(gè)方形螺旋槽末端的長(zhǎng)度即可獲得最適宜的軸比，從而實(shí)現(xiàn)圓極化。另外，還可以通過(guò)調(diào)節(jié)方形螺旋槽的寬度來(lái)獲得較大的軸比帶寬 ；在地板中央切去一個(gè)圓環(huán)形槽以增大感應(yīng)電流的路徑，從而降低圓極化的中心頻率。仿真及實(shí)測(cè)結(jié)果表明，天線(xiàn)相對(duì)阻抗帶寬達(dá)到 38.5%，且在阻抗帶寬內(nèi)天線(xiàn)的相對(duì)軸比帶寬也達(dá)到了大約 5%。該天線(xiàn)具有低剖面和結(jié)構(gòu)穩(wěn)固的特點(diǎn)，且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單易于制造，具有一定的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

20211117_6194fe907e2c0__一種雙頻段圓極化移動(dòng)導(dǎo)航終端天線(xiàn)的設(shè)計(jì)