单馈点十字缝隙圆极化天线的设计

接下来的几周小编将更新几款常见的圆极化天线的设计文章，众所周知要让天线形成圆极化波主要要满足三个条件：（1）首先是产生两个线极化波，这个条件对于一般的规则形状的微带线天线而言是很容易的，对于规则形状贴片的天线本身就能够产生两个线极化波。（2）线极化波方向正交，同样的规则贴片产生的极化波是正交的。（3）幅度相等，上述三个条件由规则的贴片均可产生。（4）两个线极化波相位相差90°，对于这个条件是产生圆极化波最关键的条件，如何产生相位相差90°的线极化波是研究圆极化天线的最重要的问题。增加或减少的尺寸则正好是天线工作频率波长的四分之一。常用的手段是通过添加路径单元使得两个线极化波产生90°的相位差。常用手段有切角、开槽、增加微元法等方式。这是在微带贴片天线上的改动。还可以利用多点馈电加载在规则例如正方形贴片上，使得天线信号在送达贴片前就具有了90°的相位差从而形成圆极化波，这类天线往往会具有很宽的带宽，且易于优化等优点。

如图1所示，三图从左到右分别应用切角、开槽、增加微元的方式来实现圆极化，改变贴片形状的位置也影响着馈电点的位置，因此根据馈电位置的不同圆极化天线也可分成两种类型，第一种是在对角上进行切角或者增加微元，馈电点在X或Y轴上（以正方形中新点为原点坐标）称之为A型。第二种是在正方形的两侧增加或开槽，馈电点的位置则沿着正方形的对角线，称之为B型。

   坐标系
 

   图1 几款基础圆极化天线
 

  图1 几款基础圆极化天线
 

有了上述的基础后，相信很多小伙伴已经知道了这些基本的圆极化天线的原理，那么接下来肯定会问，具体如何去设计一款圆极化天线呢，其尺寸是怎么确定的以及怎样的参数尺寸才能实现相位差90°。让我们以具体的例子来设计圆极化天线吧！

如图2所示，为一款单馈点十字缝隙圆极化天线。该天线的基础中心频率为1561MHz。要求VSWR<2,轴比<5设计思路及步骤如下：

（1）首先我们需要一个基础的正方形贴片来产生两个正交等幅度的线极化波，采用开槽的方式来实现相位差。选择将十字缝隙开在对角处，则馈电点的位置即为X或Y轴上。也可以将十字放在X或Y轴上，而馈电点则选择在对角上。

（2）建立模型之初先不用着急开槽，将改正方形贴片天线的中心频率先调至要求上，使得天线满足普通天线的工作的回波损耗（S11<-10dB）。这时候可以查看一下轴比，你会发现你的天线轴比非常差。

（3）接下来再来开十字缝隙的槽，来延长电流的相位，使得其中一个线极化波的相位与另一个线极化的相位差90°。

（4）到这一步你会发现你之前调好的天线回波损耗会有偏移，没关系，你可以通过适当的调整贴片天线的尺寸来微调。这个时候再查看天线的轴比你会发现天线轴比会有很大的改善。

（5）接下来就需要你通过不断的调整十字缝隙与馈电点的位置参数来使天线达到最优。

   图2 HFSS仿真模型
 

具体来看一下各种天线的基础参数是怎么确定的：

根据天线的中心工作频率我们可以知道其波长为192mm。则四分之一的工作波长为48mm，贴片本身由于是正方形一个边长即为四分之一个波长则十字缝隙一个矩形的长度即可设为15mm宽为7.5mm，馈电点的坐标位置可初步设置为（8,0）。这样基本参数基本都可确定下来。

   图3 天线结构示意图
 

最后就可以在HFSS软件中设计并实现该天线，如图4所示回波损耗:-14dB，工作带宽：1.52GHz-1.61GHz

   图4 回波损耗
 

接下来查看轴比：3.6dB，符合设计要求。

   图5 轴比示意图
 

当然，以上结果并不是该天线的最优结果，但是通过上述过程我们可以知道，影响轴比的重要参数是十字缝隙的长度和馈电点的位置。接下来大家可以试着自己在软件上来仿真调试。

免责声明：本文系网络转载或改编，未找到原创作者，版权归原作者所有。如涉及版权，请联系删