一種GNSS雙頻圓極化天線的設(shè)計(jì)

摘要：基于腔模理論，結(jié)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(shè)計(jì)了一種雙頻圓極化層疊結(jié)構(gòu)的微帶天線。通過(guò)時(shí)域有限差分法(FDTD)模擬仿真，結(jié)果表明，該結(jié)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)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)線通信領(lǐng)域中有著重要的發(fā)展和應(yīng)用前景。
關(guān)鍵詞：微帶天線；腔模理論；雙頻；多饋點(diǎn)；圓極化

0 引言
全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(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(xù)性和實(shí)時(shí)性的導(dǎo)航、定位與定時(shí)功能，能為各類(lèi)用戶提供精密的三維坐標(biāo)、三維速度和時(shí)間信息，而備受人們青睞。天線作為衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的終端起著舉足輕重的作用，其性能直接影響著整個(gè)系統(tǒng)。
通常應(yīng)用于全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的終端天線有四臂螺旋天線和微帶天線兩種形式。四臂螺旋天線通過(guò)改變其物理尺寸可形成不同的輻射方向圖來(lái)滿足不同空間的應(yīng)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)微帶天線的出現(xiàn)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(xiàn)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)也阻礙著其發(fā)展，但同時(shí)吸引著大量的研究。目前基于不同饋點(diǎn)個(gè)數(shù)，和新型貼片結(jié)構(gòu)的微帶天線得到了廣泛的研究。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)得到滿意的帶寬，但這種方法所設(shè)計(jì)的天線尺寸很大。在文獻(xiàn)中介紹了加載短路銷(xiāo)釘?shù)膱A形微帶天線和矩形微帶天線，在天線的工作頻率上，天線的尺寸縮小了89％。本文結(jié)合上述兩種方法提出并設(shè)計(jì)了一種新型的層疊結(jié)構(gòu)的微帶天線，通過(guò)在貼片上對(duì)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(zhuǎn)饋電技術(shù)，有效地?cái)U(kuò)展了天線的阻抗帶寬，并使天線的尺寸減小了26％。

1 腔膜理論分析
選擇如圖1所示的坐標(biāo)系，當(dāng)hλ0時(shí)，假設(shè)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(nèi)場(chǎng)不隨z坐標(biāo)變化，四周為磁壁，貼片和接地板之間為電壁。