5.8GHz高增益圓極化方形四環(huán)天線設(shè)計(jì)

四環(huán)天線增益確實(shí)與設(shè)計(jì)相符，提高2dB。波束寬度比雙環(huán)天線變窄，在中心頻點(diǎn)5.8GHz處，半功率波束寬度由雙環(huán)天線的60°降低到四環(huán)天線的40°。四環(huán)天線交叉極化分量與雙環(huán)天線相比變差，因?yàn)猷徑侂p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)天線的17%降到四環(huán)天線的3.8%。雙環(huán)天線增益在5.3GHz~6.3GHz頻段內(nèi)均約為9.9dB。四環(huán)天線增益在5.65GHz～5.9GHz頻段內(nèi)從11.3dB升高到12.4dB，增益平均提高2dB。而天線尺寸和地板尺寸都沒有增加，在實(shí)際應(yīng)用中可以減少天線陣列的單元數(shù)，減小饋電網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性。

圖4四環(huán)與雙環(huán)天線增益軸比隨頻率變化曲線

天線實(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正面和背面進(jìn)行焊接。巴倫底部正面與50歐姆SMA內(nèi)芯、背面和地板進(jìn)行焊接。在焊接中，要保證天線、巴倫和地板三者兩兩垂直。

圖5天線實(shí)物

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

圖6VSWR仿真和實(shí)測(cè)結(jié)果對(duì)比

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

圖7四環(huán)天線測(cè)試方向圖

4結(jié)論

本文通過(guò)改進(jìn)雙環(huán)天線，提出了新型方形四環(huán)天線結(jié)構(gòu)。并將雙環(huán)天線與四環(huán)天線進(jìn)行仿真比較，優(yōu)化天線各個(gè)參數(shù)，使得仿真結(jié)果滿足設(shè)計(jì)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。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(xiàn)了阻抗匹配。在5.725GHz～5.875GHz內(nèi)平均增益為12.2dB，與雙環(huán)天線相比，提高了天線增益。