【摘要】 本文通過(guò)圓極化微帶天線設(shè)計(jì)的主要方法，以及對(duì)5.6GHZ圓極化微帶天線的設(shè)計(jì)研究，找出確定饋電點(diǎn)的合理方法，并進(jìn)行仿真分析。

【關(guān)鍵詞】 圓極化 微帶天線 有限元法 仿真

目前，簡(jiǎn)單的線極化天線已很難滿足人們的需求。微帶天線是通信系統(tǒng)的重要部件，隨通信技術(shù)的發(fā)展，微帶天線在現(xiàn)代通信系統(tǒng)中愈加重要。影響圓極化微帶天線在實(shí)際中的應(yīng)用，本文為優(yōu)化天線的性能，現(xiàn)對(duì)其分析如下。

一、圓極化微帶天線的優(yōu)勢(shì)

圓極化天線相對(duì)于其他天線具有明顯的優(yōu)勢(shì)，表現(xiàn)為圓極化的天線在發(fā)射和接收天線旋轉(zhuǎn)之后，對(duì)接收信號(hào)的強(qiáng)度影響不大；圓極化的天線可接收旋向相同的圓極化的來(lái)波，同時(shí)其輻射波也可通過(guò)線極化天線和旋向相同的圓極化天線來(lái)接收；圓極化微帶天線根據(jù)不同的微帶元，最大的輻射方向能夠從端射到邊射的范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)整，容易獲取各種不同的極化，對(duì)于特殊設(shè)計(jì)的微帶元還能進(jìn)行多頻或雙頻工作。

二、圓極化微帶天線設(shè)計(jì)的主要方法

實(shí)現(xiàn)微帶天線圓極化的方法主要有多饋法、單饋法和多元法。多饋法是具有多個(gè)饋電的饋電微帶天線，圓極化的工作條件通過(guò)饋電網(wǎng)絡(luò)保證，可應(yīng)用3dB 電橋，或是T分支實(shí)現(xiàn)。多饋法的應(yīng)用能夠有效提高圓極化寬帶和高駐波比寬帶，并抑制交叉極化，提高軸比。但多饋法存在成本高、饋電網(wǎng)絡(luò)較為復(fù)雜、天線尺寸大的缺點(diǎn)。

單饋法的應(yīng)用的理論基礎(chǔ)是空腔模型理論基礎(chǔ)。通過(guò)簡(jiǎn)并模分離元，產(chǎn)生兩個(gè)簡(jiǎn)并模工作，并且其輻射式正交極化的。若是應(yīng)用幾何微擾，實(shí)現(xiàn)的方案可多樣，且適用于各種類(lèi)型的貼片。在幾何微擾的確定中，簡(jiǎn)并模分離元位置和大小的選定，以及合適的饋電選擇是設(shè)計(jì)的關(guān)鍵[1]。單饋法主要使用于小型化，具有成本低，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，以及不用外加功率分配器和相移網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)點(diǎn)。但也存在極化性能差和寬帶窄的特點(diǎn)。

多元法的應(yīng)用原理和多饋點(diǎn)法相似，通過(guò)多個(gè)線極化輻射元的使用，將每一個(gè)饋點(diǎn)均分別向一個(gè)線極化輻射元饋電，有串饋和并饋的各類(lèi)多元組合，可將其看做天線陣。其中設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是合理安排單元天線的位置。多元化具備多饋法的各優(yōu)點(diǎn)，另外，饋電網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)較為簡(jiǎn)化，能獲取較高的增益。但同時(shí)也存在尺寸大，成本高和結(jié)構(gòu)復(fù)雜的缺點(diǎn)。

三、圓極化微帶天線的設(shè)計(jì)分析

在研究中，所采用的五邊形微帶狀天線為一種形狀不規(guī)則的微帶片狀圓極化天線，因而不能應(yīng)用常規(guī)的方法進(jìn)行分析。目前，有兩種較好的近似分析該種天線的方法，一種是補(bǔ)片法和分片法，另一種為有限元法。本文采用有限元法對(duì)圓極化微帶天線的設(shè)計(jì)進(jìn)行。

有限元法是將所需求解的整個(gè)區(qū)域劃分成若干個(gè)單元，并在每個(gè)單元規(guī)定一個(gè)基函數(shù)[2]。在其他區(qū)域中，所設(shè)定的基函數(shù)為零，但在各自的函數(shù)中有解析，也即應(yīng)用分片解析函數(shù)代替全域解析函數(shù)，在二維問(wèn)題中，單元選取可以是矩形或是三角形等，其中三角形域的應(yīng)用范圍最廣。本文便是應(yīng)用有限元法，把五邊形微帶片區(qū)域分為三角形單元，如圖1所示。

通過(guò)求解，可得出公式kp-k2 Hp =T，其中p為列矩陣，k、H為系數(shù)矩陣，T是和源積分項(xiàng)相關(guān)的常數(shù)矩陣。通過(guò)該式，可求出天線的輸入阻抗，若要求諧振模和諧振頻率，可令JZ=0，T=0，進(jìn)而探討無(wú)源問(wèn)題。

四、圓極化微帶天線的仿真實(shí)現(xiàn)

以5.6GHZ的圓極化微帶天線作為設(shè)計(jì)目標(biāo)，需將天線輻射盡可能的接近圓極化，即具有較好的寬帶特性、較低軸化和較高的增益。微帶天線的應(yīng)用范圍通常為1-50GHZ，問(wèn)題的關(guān)鍵在于如何兼顧寬帶寬和圓極化。由于饋電位置的選擇較為困難，經(jīng)不斷研究，比較實(shí)用的調(diào)試方法為：根據(jù)比例式確定一個(gè)饋電點(diǎn)的位置，然后在該位置的左右兩邊各選擇一點(diǎn)，進(jìn)行模擬[3]。對(duì)比兩側(cè)的幅度和相位變化，選取變化較大的一側(cè)，將原點(diǎn)作為起始點(diǎn)，向這一側(cè)移動(dòng)饋電點(diǎn)，當(dāng)所選擇的饋線長(zhǎng)度和寬度合適，便可獲取圓極化輻射圖的饋電點(diǎn)位置。

綜上所述，通過(guò)對(duì)5.6GHZ圓極化微帶天線的分析，并對(duì)其設(shè)計(jì)方法做出分析和總結(jié)，如饋點(diǎn)位置選擇、阻抗匹配和調(diào)配枝節(jié)的確定，進(jìn)而獲取較寬的寬帶和良好的軸比。本次的研究為圓極化微帶天線的設(shè)計(jì)，提供切實(shí)可行的設(shè)計(jì)方法。

參 考 文 獻(xiàn)

[1] 汪雪剛，李瑞，吳多龍，李庚祿. GPS雙頻圓極化微帶天線的設(shè)計(jì)[J]. 廣東工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2011，4（2）：281-282

[2] 李登豐. 于HFSS的圓極化微帶天線的設(shè)計(jì)和仿真[J]. 齊齊哈爾大學(xué)學(xué)報(bào)，（自然科學(xué)版），2011，2（6）：230-231

[3] 劉洋，王昕，董濤. 一種新型Ka頻段圓極化微帶天線設(shè)計(jì)[J]. 無(wú)線電工程，2012，4（5）：291-292