用于移動(dòng)通信的新型寬帶全向圓極化天線(xiàn)研究

1 引言

無(wú)線(xiàn)通信基站和移動(dòng)終端均需要全向天線(xiàn)以保持與不同方位的目標進(jìn)行通信。圓極化天線(xiàn)可以保證信號傳輸的穩定性。因此目前已有不少關(guān)于全向圓極化天線(xiàn)的研究，參考文獻^[1]-[2]均采用了環(huán)偶極子模型，這些設計結構簡(jiǎn)單，但尺寸相對較大，帶寬最大為7.4%^[2]；參考文獻^[3]-[4]采用了微帶天線(xiàn)來(lái)實(shí)現全向圓極化輻射，此類(lèi)天線(xiàn)具有低剖面的優(yōu)點(diǎn)，但作為諧波天線(xiàn)，帶寬很窄；參考文獻^[5]利用圓極化器來(lái)實(shí)現全向圓極化輻射，但結構相對復雜，且不易實(shí)現寬帶。所有這些設計的共同問(wèn)題均是帶寬不足，這成為制約全向圓極化天線(xiàn)廣泛應用的主要因素。

參考文獻^[7]提出的圓極化矩形環(huán)天線(xiàn)具有~50%的圓極化帶寬。本設計通過(guò)將印制有四個(gè)相同寬帶圓極化矩形環(huán)天線(xiàn)的柔性介質(zhì)板卷曲成空心介質(zhì)柱來(lái)實(shí)現寬帶全向圓極化輻射。設計寬帶巴倫結構對其饋電以滿(mǎn)足2GHz附近的移動(dòng)通信需要。

2 天線(xiàn)結構

天線(xiàn)結構如圖1（a）所示，四個(gè)寬帶圓極化矩形環(huán)天線(xiàn)印制在柔性介質(zhì)板上，并將其彎曲成柱形以實(shí)現水平面上的全向輻射。單個(gè)輻射單元結構如圖1（b）所示，通過(guò)在主輻射環(huán)長(cháng)邊上開(kāi)縫激勵起行波，從而實(shí)現較寬頻帶內的圓極化輻射。同時(shí)在內部添加兩個(gè)開(kāi)縫的寄生矩形環(huán)，來(lái)進(jìn)一步增加帶寬。通過(guò)在空心介質(zhì)柱中插入金屬反射柱來(lái)改善天線(xiàn)的圓極化性能。金屬反射柱中部留有空隙（g₁）用來(lái)放置寬帶巴倫結構（如圖1（a）所示）。

(a) (b)

(c)

圖1 寬帶全向圓極化天線(xiàn)仿真模型 (a)天線(xiàn)結構
(b)單元結構 (c)俯視圖

寬帶巴倫結構如圖1（c）所示，由于微帶線(xiàn)-縫隙耦合可保證在很寬的頻段內實(shí)現阻抗匹配，本饋電結構正是基于此，利用介質(zhì)板兩側微帶線(xiàn)和縫隙之間的耦合來(lái)實(shí)現寬頻段內的阻抗匹配，通過(guò)調整縫隙長(cháng)度sl和微帶線(xiàn)長(cháng)度l5使其阻抗匹配達到最佳。

圖1中各參數尺寸如表1所示。此外，主輻射環(huán)和寄生環(huán)線(xiàn)寬分別為6mm和3mm，環(huán)上縫隙寬度分別為3mm和1.5mm。金屬反射柱厚度為1.5mm。論文中所提到的軸比為水平面上的平均軸比，它是取水平面上均勻24個(gè)點(diǎn)的軸比平均值。此天線(xiàn)輻射左旋圓極化波，可以通過(guò)改變環(huán)上縫隙位置來(lái)改變其極化旋向。

表1 圖1中各參數尺寸