一種GNSS雙頻圓極化天線(xiàn)的設計

摘要：基于腔模理論，結合多饋點(diǎn)網(wǎng)絡(luò )和短路銷(xiāo)釘加載等技術(shù)，提出并設計了一種雙頻圓極化層疊結構的微帶天線(xiàn)。通過(guò)時(shí)域有限差分法(FDTD)模擬仿真，結果表明，該結構可實(shí)現雙頻圓極化，并具有尺寸小、頻帶寬等特點(diǎn)，這些特性使其在未來(lái)的無(wú)線(xiàn)通信領(lǐng)域中有著(zhù)重要的發(fā)展和應用前景。
關(guān)鍵詞：微帶天線(xiàn)；腔模理論；雙頻；多饋點(diǎn)；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(shí)時(shí)性的導航、定位與定時(shí)功能，能為各類(lèi)用戶(hù)提供精密的三維坐標、三維速度和時(shí)間信息，而備受人們青睞。天線(xiàn)作為衛星導航系統的終端起著(zhù)舉足輕重的作用，其性能直接影響著(zhù)整個(gè)系統。
通常應用于全球衛星導航系統的終端天線(xiàn)有四臂螺旋天線(xiàn)和微帶天線(xiàn)兩種形式。四臂螺旋天線(xiàn)通過(guò)改變其物理尺寸可形成不同的輻射方向圖來(lái)滿(mǎn)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(diǎn)極大地限制了它的發(fā)展。與此同時(shí)微帶天線(xiàn)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(shí)現圓極化等優(yōu)點(diǎn)受到了人們的極大關(guān)注，而頻帶窄，增益小等缺點(diǎn)也阻礙著(zhù)其發(fā)展，但同時(shí)吸引著(zhù)大量的研究。目前基于不同饋點(diǎn)個(gè)數，和新型貼片結構的微帶天線(xiàn)得到了廣泛的研究。Chari Ricky和Mak Chi-Lun等人提出了通過(guò)在貼片上開(kāi)E型槽來(lái)得到滿(mǎn)意的帶寬，但這種方法所設計的天線(xiàn)尺寸很大。在文獻中介紹了加載短路銷(xiāo)釘的圓形微帶天線(xiàn)和矩形微帶天線(xiàn)，在天線(xiàn)的工作頻率上，天線(xiàn)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(xiàn)，通過(guò)在貼片上對稱(chēng)的開(kāi)四個(gè)槽，并利用使各饋點(diǎn)之間的相位相差90°的旋轉饋電技術(shù)，有效地擴展了天線(xiàn)的阻抗帶寬，并使天線(xiàn)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(shí)，假設貼片與接地板之間的磁場(chǎng)只有Hx和Hy分量，電場(chǎng)只有Ez分量，內場(chǎng)不隨z坐標變化，四周為磁壁，貼片和接地板之間為電壁。