折尾宽波束圆极化天线的设计

 引 言
    卫星导航定位系统是一种以卫星为基础的无线电导航系统，基本作用是利用卫星导航定位系统提供的位置、速度、时间等信息来完成对地球各种目标的定位、导航、监测和管理。目前，卫星导航定位技术已经在相当大的范围内取代了无线电导航、天文测量、传统大地测量技术，并推动了全新导航定位技术的发展，成为人类活动中普遍采用的导航定位技术，而且在精度、实时性、全天候等方面对这一领域产生了革命性的影响口。
    随着卫星导航定位系统的发展，对终端天线的要求越来越高。在保证天线增益的前提下，还要达到天线小型化的要求，即减小天线尺寸。
    因此本文提出了一个卫星终端天线的设计方法，采用折尾对称振子实现卫星终端天线要求的电性能，并达到天线小型化、结构简单及电性能良好的工作的目的。

1 天线设计和结果
    折尾振子天线如图1所示。在直角坐标系中，两个空间垂直的幅度相等、频率相同、相差 90°的电场矢量合成是随时间t以同角速率旋转的，合成矢量的模不变，即在各个方向的幅度大小都相等，矢量末端旋转的轨迹是一个圆，就形成了一个圆极化波。根据振子的自阻抗分析，当两振子臂的电长度大于λ／2时，振子阻抗呈感性，反之两振子臂的电长度小于λ／2时，振子阻抗呈容性；相应地，当两振子臂的电长度大于λ／2时，电流的相位超前，反之电流的相位滞后，而极化方向是由超前向滞后旋转。由于圆极化信号是沿着传播方向的静磁场感应引起的线性场矢量的旋转产生的，因此，圆极化信号不符合法拉第(Faraday)旋转效应。

  
    此时，若满足圆极化要求时，α=αx-αy=-90°，旋转方向为右旋，极化方式为右旋圆极化。因此，知道折尾交叉振子中长短振子的位置就可决定圆极化的旋向。
    当振子距离反射板高度为0．45λ时，经过仿真优化后得出各部分最优尺寸为：振子短臂长Lshort=0．162λ；振子短臂拐长Lshort2=0． 027 3λ；振子长臂长Llong=0．228λ；振子长臂拐长Llong2=0．039 9λ；缝隙长度feng1=0．147 5λ；同轴线内芯r=0．007 9λ；高度inh=0．116 2λ。
    优化后结果图如图2所示。

    由图2可知，当反射板直径D=1．2λ，H=0．45λ时，优化后波束宽度约为150°，在中心频率f处，驻波比ρ=1．24，在θ=60°时，天线的不圆度小于3 dB，具有良好的全向特性。

2 结 语
    本文提出了一个用于卫星导航定位系统的宽波束天线，通过在振子末端进行弯折，以提高天线的圆极化特性，通过Ansoft仿真得到了较好的方向图和驻波，实现了宽波束圆极化特性。