5.8GHz高增益圓極化方形四環(huán)天線(xiàn)設計

四環(huán)天線(xiàn)增益確實(shí)與設計相符，提高2dB。波束寬度比雙環(huán)天線(xiàn)變窄，在中心頻點(diǎn)5.8GHz處，半功率波束寬度由雙環(huán)天線(xiàn)的60°降低到四環(huán)天線(xiàn)的40°。四環(huán)天線(xiàn)交叉極化分量與雙環(huán)天線(xiàn)相比變差，因為鄰近并饋雙環(huán)間電流分布相互影響，增加了交叉極化分量。

圖3四環(huán)與雙環(huán)天線(xiàn)增益方向圖在φ=0°面比較

軸比帶寬（AR3dB）如圖4所示由雙環(huán)天線(xiàn)的17%降到四環(huán)天線(xiàn)的3.8%。雙環(huán)天線(xiàn)增益在5.3GHz~6.3GHz頻段內均約為9.9dB。四環(huán)天線(xiàn)增益在5.65GHz～5.9GHz頻段內從11.3dB升高到12.4dB，增益平均提高2dB。而天線(xiàn)尺寸和地板尺寸都沒(méi)有增加，在實(shí)際應用中可以減少天線(xiàn)陣列的單元數，減小饋電網(wǎng)絡(luò )的復雜性。

圖4四環(huán)與雙環(huán)天線(xiàn)增益軸比隨頻率變化曲線(xiàn)

天線(xiàn)實(shí)物如圖5所示，輻射單元印刷在介質(zhì)板背面，分別與巴倫頂部雙線(xiàn)正面和背面進(jìn)行焊接。巴倫底部正面與50歐姆SMA內芯、背面和地板進(jìn)行焊接。在焊接中，要保證天線(xiàn)、巴倫和地板三者兩兩垂直。

圖5天線(xiàn)實(shí)物

駐波測試使用AgilentE8363B矢量網(wǎng)絡(luò )分析儀，實(shí)測結果與仿真結果如圖6所示。測試結果與仿真結果吻合較好，在所需5.65GHz～5.9GHz頻段內均小于2，實(shí)現了阻抗匹配。由圖6可見(jiàn)，所采用的漸變巴倫為寬帶巴倫，在頻段5GHz～6GHz內均小于2，實(shí)測結果向低頻偏移。

圖6VSWR仿真和實(shí)測結果對比

在中心頻點(diǎn)5.8GHz測試了該四環(huán)天線(xiàn)實(shí)物的方向圖。天線(xiàn)測試方向圖如圖7所示，與圖3比較可見(jiàn)仿真與實(shí)測吻合較好。只是交叉極化誤差較大，主極化后瓣測試結果較高。

圖7四環(huán)天線(xiàn)測試方向圖

4結論

本文通過(guò)改進(jìn)雙環(huán)天線(xiàn)，提出了新型方形四環(huán)天線(xiàn)結構。并將雙環(huán)天線(xiàn)與四環(huán)天線(xiàn)進(jìn)行仿真比較，優(yōu)化天線(xiàn)各個(gè)參數，使得仿真結果滿(mǎn)足設計要求，增益平均提高2dB。并制作了工作ISM5.8GHz頻段（5.725GHz～5.875GHz）的左手圓極化四環(huán)天線(xiàn)。使用寬頻帶漸變巴倫進(jìn)行阻抗變換，駐波帶寬（VSWR2）大于18%，實(shí)現了阻抗匹配。在5.725GHz～5.875GHz內平均增益為12.2dB，與雙環(huán)天線(xiàn)相比，提高了天線(xiàn)增益。