折尾寬波束圓極化天線的設(shè)計

引 言
衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)是一種以衛(wèi)星為基礎(chǔ)的無線電導(dǎo)航系統(tǒng)，基本作用是利用衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)提供的位置、速度、時間等信息來完成對地球各種目標(biāo)的定位、導(dǎo)航、監(jiān)測和管理。目前，衛(wèi)星導(dǎo)航定位技術(shù)已經(jīng)在相當(dāng)大的范圍內(nèi)取代了無線電導(dǎo)航、天文測量、傳統(tǒng)大地測量技術(shù)，并推動了全新導(dǎo)航定位技術(shù)的發(fā)展，成為人類活動中普遍采用的導(dǎo)航定位技術(shù)，而且在精度、實時性、全天候等方面對這一領(lǐng)域產(chǎn)生了革命性的影響口。
隨著衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)的發(fā)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(dá)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(wèi)星終端天線的設(shè)計方法，采用折尾對稱振子實現(xiàn)衛(wèi)星終端天線要求的電性能，并達(dá)到天線小型化、結(jié)構(gòu)簡單及電性能良好的工作的目的。

1 天線設(shè)計和結(jié)果
折尾振子天線如圖1所示。在直角坐標(biāo)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(zhuǎn)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(zhuǎn)的軌跡是一個圓，就形成了一個圓極化波。根據(jù)振子的自阻抗分析，當(dāng)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(yīng)地，當(dāng)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(zhuǎn)。由于圓極化信號是沿著傳播方向的靜磁場感應(yīng)引起的線性場矢量的旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的，因此，圓極化信號不符合法拉第(Faraday)旋轉(zhuǎn)效應(yīng)。

此時，若滿足圓極化要求時，α=αx-αy=-90°，旋轉(zhuǎn)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(dāng)振子距離反射板高度為0．45λ時，經(jīng)過仿真優(yōu)化后得出各部分最優(yōu)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(nèi)芯r=0．007 9λ；高度inh=0．116 2λ。
優(yōu)化后結(jié)果圖如圖2所示。

由圖2可知，當(dāng)反射板直徑D=1．2λ，H=0．45λ時，優(yōu)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(jié) 語
本文提出了一個用于衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)的寬波束天線，通過在振子末端進(jìn)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(xiàn)了寬波束圓極化特性。