新型圆极化天线设计:HFSS应用实践

随着卫星通信,遥控遥感,雷达电子战等技术的发展和广泛应用,圆极化天线的应用越来越多,受到非常高的重视。使用圆极化,是为避免掉发射与接收天线因极化不匹配的关系而造成极化损耗,因为接收天线只需要对准发射天线即可,而不需考虑其极化的角度,在应用上可以使接收装置,如RFID或是wireless sensor node的摆放较具弹性。

在卫星通信时,电波穿过大气层,会产生极化旋转(法拉第旋转效应),卫星通讯多采用圆极化天线。单点馈电的圆极化天线想展宽带宽还是很困难的,带宽较宽时多采用双馈甚至四馈点,视实际应用场合确定带宽,一般情况下只要求最大辐射方向的轴比,个别场合可能对低仰角的轴比有要求,轴比在HFSS中可以画出方向图,采用球形测试系统可以测出轴比的方向图。

本文设计一种新型的圆极化微带天线,实现右圆极化,体积小,重量轻,易于制作,可以广泛应用于通信领域,本次设计的亮点是,与传统的微带馈电和同轴线馈电相比,采用先进的耦合馈电技术,这样易于匹配电路,减少与贴片的耦合(patch),经过hfss软件的模拟,达到很好的圆极化效果。

此外,本次设计的天线,可以进行组阵列,实现载波束,高增益圆极化条件。



一、天线外形

天线采用双程基板FR4,辐射单元是在圆形导体上开槽,一个十字行的开槽,改变电流的轨迹,实现电场E的90度相位差。

基于HFSS设计一种新型圆极化天线的图1


基于HFSS设计一种新型圆极化天线的图2



二.表面电流动态图,可以清楚看出极化的方向

基于HFSS设计一种新型圆极化天线的图3


  1. 回波损耗S11情况。可以看到,谐振点在1.54G 左右,且低于-30Db,效果良好。

基于HFSS设计一种新型圆极化天线的图4


  1. 轴比和极化情况,可以在增益圆图看出,实现的是右圆极化,且极化效果很好

基于HFSS设计一种新型圆极化天线的图5


基于HFSS设计一种新型圆极化天线的图6


总结:本文提出一种新型圆极化设计,可以为工程师实现天线极化要求提供一些参考。

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