5.8GHz高增益圓極化方形四環天線設計

四環天線增益確實與設計相符，提高2dB。波束寬度比雙環天線變窄，在中心頻點5.8GHz處，半功率波束寬度由雙環天線的60°降低到四環天線的40°。四環天線交叉極化分量與雙環天線相比變差，因為鄰近并饋雙環間電流分布相互影響，增加了交叉極化分量。

圖3四環與雙環天線增益方向圖在φ=0°面比較

軸比帶寬（AR3dB）如圖4所示由雙環天線的17%降到四環天線的3.8%。雙環天線增益在5.3GHz~6.3GHz頻段內均約為9.9dB。四環天線增益在5.65GHz～5.9GHz頻段內從11.3dB升高到12.4dB，增益平均提高2dB。而天線尺寸和地板尺寸都沒有增加，在實際應用中可以減少天線陣列的單元數，減小饋電網絡的復雜性。

圖4四環與雙環天線增益軸比隨頻率變化曲線

天線實物如圖5所示，輻射單元印刷在介質板背面，分別與巴倫頂部雙線正面和背面進行焊接。巴倫底部正面與50歐姆SMA內芯、背面和地板進行焊接。在焊接中，要保證天線、巴倫和地板三者兩兩垂直。

圖5天線實物

駐波測試使用AgilentE8363B矢量網絡分析儀，實測結果與仿真結果如圖6所示。測試結果與仿真結果吻合較好，在所需5.65GHz～5.9GHz頻段內均小于2，實現了阻抗匹配。由圖6可見，所采用的漸變巴倫為寬帶巴倫，在頻段5GHz～6GHz內均小于2，實測結果向低頻偏移。

圖6VSWR仿真和實測結果對比

在中心頻點5.8GHz測試了該四環天線實物的方向圖。天線測試方向圖如圖7所示，與圖3比較可見仿真與實測吻合較好。只是交叉極化誤差較大，主極化后瓣測試結果較高。

圖7四環天線測試方向圖

4結論

本文通過改進雙環天線，提出了新型方形四環天線結構。并將雙環天線與四環天線進行仿真比較，優化天線各個參數，使得仿真結果滿足設計要求，增益平均提高2dB。并制作了工作ISM5.8GHz頻段（5.725GHz～5.875GHz）的左手圓極化四環天線。使用寬頻帶漸變巴倫進行阻抗變換，駐波帶寬（VSWR2）大于18%，實現了阻抗匹配。在5.725GHz～5.875GHz內平均增益為12.2dB，與雙環天線相比，提高了天線增益。