GPS的極化設計

對于一個(gè)成功的天線(xiàn)設計來(lái)說(shuō)，極化是一個(gè)重要特性。對于空間應用，通常使用圓形極化(CP)，如右旋圓極化(RHCP)或左旋圓極化(LHCP)，用于發(fā)射、接收及同一頻譜范圍內的復用，以增加系統容量。盡管大多數WLAN系統要求線(xiàn)性極化，但最終圓形極化的使用會(huì )變成移動(dòng)系統的優(yōu)勢。

　　某些理論上的限制決定了天線(xiàn)在提供所需的增益和帶寬時(shí)能夠做到多小。對于基于空間(衛星)的應用，要求天線(xiàn)與一定的波形系數相適配，該天線(xiàn)極化方向為圓形極化，工作在1.8GHz的上行鏈路(衛星的接收頻率)和2.25GHz的下行鏈路(衛星的發(fā)射頻率)上。

　　波束成形能力也是一個(gè)關(guān)鍵要求，它允許衛星在不同位置和角度保持通信。天線(xiàn)必須足夠堅固，以便能夠經(jīng)受沖擊和振動(dòng)、溫度環(huán)境(溫度變化范圍通常在-40℃至+70℃之間)和功率閃爍沖擊。

　　設計考慮了幾種選擇，包括螺旋式天線(xiàn)、四葉螺旋式天線(xiàn)(QFHA)以及各種微帶貼片結構。初始分析和電磁(EM)軟件仿真結果體現了在較小物理尺寸上實(shí)現所需性能的困難程度。

　　在考慮了幾種非傳統的方法之后，環(huán)狀輻射體技術(shù)被選作可能的解決方案。相對于其它方案而言，該方案采用諧振結構來(lái)有效地加長(cháng)了輻射電流的通路長(cháng)度(實(shí)現高增益)，而天線(xiàn)卻減小了25%至35%。

　　該技術(shù)能夠滿(mǎn)足波形系數要求，而且能實(shí)現比尺寸更大的微帶貼片天線(xiàn)或諧振腔式螺旋天線(xiàn)更高的增益。

　　與用于微帶貼片天線(xiàn)的更易于理解的設計和分析方法來(lái)比，環(huán)狀天線(xiàn)的設計和分析需要非常的經(jīng)驗設計(和經(jīng)驗推測)。值得慶幸的是，通過(guò)執行詳細的初始設計和分析過(guò)程，并且仔細研究EM仿真結果，可以減少環(huán)狀天線(xiàn)的設計風(fēng)險，而不管它的復雜程度。

　　在一個(gè)簡(jiǎn)單的矩形貼片天線(xiàn)中，可以把貼片兩端的兩個(gè)槽口當作輻射源，間隔大約為二分之一波長(cháng)。如果其中的每個(gè)槽口的長(cháng)度約為二分之一波長(cháng)，則可獲得2.1dBi增益。任何作為二元陣列工作的這樣的兩個(gè)天線(xiàn)，在理論上都可以提供額外3dB的增益。

　　因此，一個(gè)簡(jiǎn)單的貼片天線(xiàn)應該可以實(shí)現5.1dBi增益。經(jīng)過(guò)一些改進(jìn)之后，甚至可能獲得更好的增益或波形圖，這取決于接地平面類(lèi)型或諧振模式。

　　對于環(huán)狀天線(xiàn)，可以設計成多諧結構，這些諧振器可以被隔開(kāi)，也可以耦合，以適用于多頻或寬頻場(chǎng)合。

　　通過(guò)對各次模進(jìn)行相位調整，使它們以預定的方式工作，這樣，在適當方向的遠場(chǎng)，通過(guò)相位的疊加和相消，就可以實(shí)現高增益和波束成形。在大多數情況下，這些結構可能實(shí)現9dBic的增益(理論值)和17%的帶寬。

　　理論上，對應于分別為1.50:1, 2.0:1和3.0:1的電壓駐波比(VSWR)，可以相應實(shí)現15%、20%和30%的帶寬。遺憾的是，不可能找到一種能夠滿(mǎn)足所有頻率上的所需的物理和電氣性能的系統設計方法。

　　不過(guò)，通過(guò)一些努力，找到一種滿(mǎn)足某些特定工作模式上的技術(shù)需求的設計方法是可能的。