探討全向圓極化天線技術(shù)

1、    探討全向圓極化天線技術(shù)    卿海 錢俊輝摘 要：隨著我國科學(xué)技術(shù)不斷地發(fā)展，對(duì)于各個(gè)領(lǐng)域應(yīng)用到的技術(shù)都取得了或大或小的進(jìn)步。由于圓極化天線技術(shù)自身的特性的原因，在當(dāng)今時(shí)代無線的應(yīng)用中，受到了越來越多的廣泛關(guān)注。本文主要闡述了圓極化全向天線的最新研究和相關(guān)進(jìn)展，并對(duì)圓極化全向天線不同實(shí)現(xiàn)的方法和關(guān)鍵性問題進(jìn)行相關(guān)描述，隨后介紹了每一種方案設(shè)計(jì)過程、影響因素、原理、不足，最后，對(duì)圓極化全向天線以后的發(fā)展?fàn)顩r進(jìn)行展望。關(guān)鍵詞：全向天線;圓極化天線;技術(shù)分析相對(duì)于天線的性能來說，天線的極化是其的重要參數(shù)。天線的極化是指在發(fā)射天線輻射的過程中，在它的最大

2、輻射的方向上且隨時(shí)間變化的電場矢量中空間描出的軌跡。對(duì)于天線的極化形式一共可以分成三種：線極化、圓極化和橢圓極化。其中線極化、圓極化是橢圓極化的一種特例。圓極化可以再分為正交左旋和右旋兩種形式，而橢圓極化波可以分解成相反旋向的圓極化波。隨著我國科學(xué)技術(shù)日益的發(fā)展，進(jìn)而對(duì)天線的要求也逐漸提高，在當(dāng)今的無線應(yīng)用系統(tǒng)中，普通的極化天線已經(jīng)很難滿足人們?nèi)粘Ｉ笾械男枨?，進(jìn)而圓極化天線逐漸地被人們廣泛使用。1圓極化天線的簡單概述對(duì)于逐漸被人們所青睞的圓極化天線主要有以下特點(diǎn)：首先圓極化天線對(duì)于任意極化的來波都可以接收，而圓極化天線釋放出的輻射其他的任意極化也能接受得到。其次，圓極化天線所具備了旋向的正交

3、性。最后，當(dāng)有極化波射入到了對(duì)稱目標(biāo)則會(huì)發(fā)生旋向逆轉(zhuǎn)，與此同時(shí)不同旋向的電磁波所具備了較大數(shù)值的極化隔離1。正因?yàn)閳A極化天線本身含有的特點(diǎn)，因此，其被廣泛的應(yīng)用在通信、雷達(dá)、電子干擾等方面。2全向圓極化原理對(duì)于任意的一個(gè)圓極化波都可以被分解為在時(shí)間和空間上相互正交且相等的幅線極化波，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了在兩個(gè)空間之內(nèi)，其線極化電場分量互相正交并且振幅相同，相位差90°的基本原理。雖然圓極化天線的形式各式各樣，但是其原理都是相同的2。雖然圓極化天線具有多種形式，但分析原理、產(chǎn)生機(jī)理基本相同，都能夠?qū)⒎纸夂蟮目臻g模型反映到史密斯圓圖中。圓極化天線的基本電參數(shù)ar可通過極化橢圓長軸（2a）與短軸（2

4、b）計(jì)算，該參數(shù)是最大增益方向上的軸比，具體計(jì)算公式如下：但是，在很多的實(shí)際應(yīng)用過程中，要求圓極化天線要具備全向輻射的特點(diǎn)，進(jìn)而使得這種類型的圓極化全向天線與普通的圓極化天線既有區(qū)別但還存在著共性。在目前的社會(huì)中，有很多學(xué)者都在對(duì)于全向圓極化進(jìn)行相關(guān)研究，自然而然的方法也就很多，就原理而言，可分為以下兩種：第一個(gè)就是選用多個(gè)排列組合的圓極化天線單元，其中每一個(gè)圓極化天線單元都覆蓋著一個(gè)角，經(jīng)過這些單元的聯(lián)合，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)全向圓極化;第二個(gè)就是選用全向輻射特點(diǎn)的天線，通過加入圓極化波，實(shí)現(xiàn)全向圓極化3。3全向圓極化天線設(shè)計(jì)3.1多單元圓極化天線組合如果想要去實(shí)現(xiàn)圓極化全向天線的第一種方法，其主要的步

5、驟首先是要先將圓極化天線單元進(jìn)行詳細(xì)、準(zhǔn)確的設(shè)計(jì)，然后在通過合理的單元排列和饋線設(shè)計(jì)，進(jìn)而將每個(gè)圓極化天線單元一一的組合起來。3.2圓極化天線單元設(shè)計(jì)對(duì)于圓極化天線單元來說，微帶貼片天線是在圓極化天線單元使用率最高的，但是有的是利用圓極化波原理。所謂的圓極化波原理，其是通過對(duì)稱陣子等在一定的角上所產(chǎn)生的圓極化波。微帶貼片天線圓極化方法主要分為切角、準(zhǔn)方形、近圓形等。但是，對(duì)其的原理可以分為三類：第一類就是單饋法。這種方法是基于空腔模型理論，通過使用簡并膜分離元產(chǎn)生的兩個(gè)輻射進(jìn)行正交化工作，這種方法的重要之處就在于確定幾何微擾，換句話說就是選擇簡并膜分離元的位置、大小以及合適的反饋點(diǎn)。但是這種天

6、線架構(gòu)比較簡單，價(jià)格低，但是帶寬較窄進(jìn)而影響其極化性能4。第二類是多饋法。多饋法是使用的不同形狀分支、電橋等饋電網(wǎng)絡(luò)，利用不同的饋點(diǎn)、饋電微帶天線，進(jìn)而為饋電圓極化創(chuàng)造了工作條件。此天線帶寬較好，對(duì)交叉極化起到了控制作用，但是由于饋電網(wǎng)絡(luò)相對(duì)較為復(fù)雜，所花費(fèi)的成本較高。第三類是多元法，其是通過使用許多個(gè)線極化輻射元，然后將每一個(gè)饋點(diǎn)都分別對(duì)應(yīng)一個(gè)線極化輻射元饋電。這種方法它的饋電網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)較為簡單并且收益比較好，但是整體的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，尺寸較大。上面提到的三種方法都是根據(jù)微帶圓極化天線原理進(jìn)行操作和實(shí)施的，都能夠應(yīng)用于實(shí)際的全向圓極化天線設(shè)計(jì)中。另外，使用對(duì)稱振子方法也能夠設(shè)計(jì)和應(yīng)用全向圓極化天

7、線。無論什么方法都需要注意單個(gè)天線單元的設(shè)計(jì)，必須嚴(yán)格按照相關(guān)全向指標(biāo)進(jìn)行設(shè)計(jì)，例如采用n個(gè)單元，需要保證單個(gè)天線的3db波束寬度>360°/n，這樣才能保證全向圓極化效果。3.3全向圓極化天線實(shí)現(xiàn)在對(duì)圓極化天線設(shè)計(jì)完畢之后，要選用適當(dāng)?shù)姆绞?，將每一個(gè)單元進(jìn)行巧妙的阻隔，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)全向性，一般情況下，都是通過使用合適的饋電網(wǎng)絡(luò)將各個(gè)不同單元的圓極化天線進(jìn)行相關(guān)組合。3.4優(yōu)點(diǎn)與缺點(diǎn)通過以上實(shí)現(xiàn)全向圓極化天線的方法，具有架構(gòu)簡單，花費(fèi)的價(jià)錢較低，設(shè)計(jì)的較為合理等優(yōu)點(diǎn)，進(jìn)而在全向圓極化天線設(shè)計(jì)過程中是經(jīng)常才用的。但是它自身也存在著不足，這類天線一般應(yīng)用在天線工作時(shí)間不長的情況下，如果

8、說天線的時(shí)間突然增長，工作的波長較小，可能就會(huì)造成其工作效率低下情況的發(fā)生5。4發(fā)展趨勢對(duì)于全向圓極化天線來說，其對(duì)社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、軍事產(chǎn)生了重大的影響，也得到了社會(huì)各界的廣泛關(guān)注。隨著我國不斷地發(fā)展，各行各業(yè)對(duì)全向圓極化天線每一方面的性能要求日益增高?；诋?dāng)前的現(xiàn)狀來看，結(jié)構(gòu)化、寬帶化、性能化將會(huì)是全向圓極化天線主要的發(fā)展趨勢。結(jié)語：綜上所述，對(duì)于天線的極化性能、尺寸以及制作過程在每一方面都相互的影響，進(jìn)而體現(xiàn)了事物本身所含的矛盾的辯證本質(zhì)，這也要求我們?cè)跈?quán)衡之中尋找一個(gè)最好的平衡點(diǎn)。伴隨著我國科學(xué)技術(shù)大踏步式的進(jìn)步和各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用需求，全向圓極化天線必將會(huì)除舊布新，對(duì)其結(jié)構(gòu)不斷地進(jìn)行修改和完善，對(duì)功能不斷地進(jìn)行優(yōu)化，從而被各個(gè)領(lǐng)域取之所用。參考文獻(xiàn)1王戀偉.通信工程傳輸技術(shù)的應(yīng)用與未來發(fā)展趨勢探討j.農(nóng)家參謀，2020（07）：150.2李哲宇，朱永忠，張杰.全向圓極化天線技術(shù)綜述j.電訊技術(shù)，2019，59（09）：1107-1114.3李靜靜. 衛(wèi)星通信終端多頻段可重構(gòu)圓極化天線技術(shù)研究d.蘇州大學(xué)，2019.4無奇. 毫米波無線通信平面圓極化天線與陣列關(guān)鍵技術(shù)研究d.東南大學(xué)，2019.5王力. 衛(wèi)星通信及導(dǎo)航系統(tǒng)的圓極化天線及其陣列技術(shù)的研究d.西安電子科技大學(xué)，2018.大眾科學(xué)·上旬2020