折尾寬波束圓極化天線的設計

引 言
衛星導航定位系統是一種以衛星為基礎的無線電導航系統，基本作用是利用衛星導航定位系統提供的位置、速度、時間等信息來完成對地球各種目標的定位、導航、監測和管理。目前，衛星導航定位技術已經在相當大的范圍內取代了無線電導航、天文測量、傳統大地測量技術，并推動了全新導航定位技術的發展，成為人類活動中普遍采用的導航定位技術，而且在精度、實時性、全天候等方面對這一領域產生了革命性的影響口。
隨著衛星導航定位系統的發展，對終端天線的要求越來越高。在保證天線增益的前提下，還要達到天線小型化的要求，即減小天線尺寸。
因此本文提出了一個衛星終端天線的設計方法，采用折尾對稱振子實現衛星終端天線要求的電性能，并達到天線小型化、結構簡單及電性能良好的工作的目的。

1 天線設計和結果
折尾振子天線如圖1所示。在直角坐標系中，兩個空間垂直的幅度相等、頻率相同、相差 90°的電場矢量合成是隨時間t以同角速率旋轉的，合成矢量的模不變，即在各個方向的幅度大小都相等，矢量末端旋轉的軌跡是一個圓，就形成了一個圓極化波。根據振子的自阻抗分析，當兩振子臂的電長度大于λ／2時，振子阻抗呈感性，反之兩振子臂的電長度小于λ／2時，振子阻抗呈容性；相應地，當兩振子臂的電長度大于λ／2時，電流的相位超前，反之電流的相位滯后，而極化方向是由超前向滯后旋轉。由于圓極化信號是沿著傳播方向的靜磁場感應引起的線性場矢量的旋轉產生的，因此，圓極化信號不符合法拉第(Faraday)旋轉效應。

此時，若滿足圓極化要求時，α=αx-αy=-90°，旋轉方向為右旋，極化方式為右旋圓極化。因此，知道折尾交叉振子中長短振子的位置就可決定圓極化的旋向。

當振子距離反射板高度為0．45λ時，經過仿真優化后得出各部分最優尺寸為：振子短臂長Lshort=0．162λ；振子短臂拐長Lshort2=0． 027 3λ；振子長臂長Llong=0．228λ；振子長臂拐長Llong2=0．039 9λ；縫隙長度feng1=0．147 5λ；同軸線內芯r=0．007 9λ；高度inh=0．116 2λ。
優化后結果圖如圖2所示。

由圖2可知，當反射板直徑D=1．2λ，H=0．45λ時，優化后波束寬度約為150°，在中心頻率f處，駐波比ρ=1．24，在θ=60°時，天線的不圓度小于3 dB，具有良好的全向特性。

2 結 語
本文提出了一個用于衛星導航定位系統的寬波束天線，通過在振子末端進行彎折，以提高天線的圓極化特性，通過Ansoft仿真得到了較好的方向圖和駐波，實現了寬波束圓極化特性。