一種GNSS雙頻圓極化天線的設計

摘要：基于腔模理論，結合多饋點網絡和短路銷釘加載等技術，提出并設計了一種雙頻圓極化層疊結構的微帶天線。通過時域有限差分法(FDTD)模擬仿真，結果表明，該結構可實現雙頻圓極化，并具有尺寸小、頻帶寬等特點，這些特性使其在未來的無線通信領域中有著重要的發展和應用前景。
關鍵詞：微帶天線；腔模理論；雙頻；多饋點；圓極化

0 引言
全球衛星導航系統(GNSS)由于其具有全能性(陸地、海洋、航空和航天)、全球性、全天性、連續性和實時性的導航、定位與定時功能，能為各類用戶提供精密的三維坐標、三維速度和時間信息，而備受人們青睞。天線作為衛星導航系統的終端起著舉足輕重的作用，其性能直接影響著整個系統。
通常應用于全球衛星導航系統的終端天線有四臂螺旋天線和微帶天線兩種形式。四臂螺旋天線通過改變其物理尺寸可形成不同的輻射方向圖來滿足不同空間的應用需求，但由于其成本高，軸向尺寸大等缺點極大地限制了它的發展。與此同時微帶天線的出現使人們看到了希望，由于其體積小，剖面低，能與載體共形，易于實現圓極化等優點受到了人們的極大關注，而頻帶窄，增益小等缺點也阻礙著其發展，但同時吸引著大量的研究。目前基于不同饋點個數，和新型貼片結構的微帶天線得到了廣泛的研究。Chari Ricky和Mak Chi-Lun等人提出了通過在貼片上開E型槽來得到滿意的帶寬，但這種方法所設計的天線尺寸很大。在文獻中介紹了加載短路銷釘的圓形微帶天線和矩形微帶天線，在天線的工作頻率上，天線的尺寸縮小了89％。本文結合上述兩種方法提出并設計了一種新型的層疊結構的微帶天線，通過在貼片上對稱的開四個槽，并利用使各饋點之間的相位相差90°的旋轉饋電技術，有效地擴展了天線的阻抗帶寬，并使天線的尺寸減小了26％。

1 腔膜理論分析
選擇如圖1所示的坐標系，當hλ0時，假設貼片與接地板之間的磁場只有Hx和Hy分量，電場只有Ez分量，內場不隨z坐標變化，四周為磁壁，貼片和接地板之間為電壁。