一款車載雙饋接收天線的設(shè)計

白冰　蘇偉

【摘 要】本文設(shè)計了一款車載雙饋天線應(yīng)用于接收氣象衛(wèi)星信號，天線在滿足性能指標(biāo)要求的情況下，具有占去體積非常小等優(yōu)點(diǎn)。測試結(jié)果表明：其中線極化天線增益為5dBi，天線波束呈蝶形全向（主波束指向?yàn)閺较蛏下N30°）；圓極化天線增益為11dBi，天線波束指向呈軸向。

【關(guān)鍵詞】雙模；全向天線；圓極化；增益

0 引言

天線是非常重要的無線電通信設(shè)備。近年來氣象衛(wèi)星接收信號測試難度不斷增大，面臨著測試環(huán)境非常復(fù)雜，伴隨著對天線的體積大小以及電性能的指標(biāo)要求越來越高。本文設(shè)計了一款空氣微帶天線和單極天線合成的雙饋天線，滿足了測試方向圖的特殊要求的同時也滿足了天線體積的限制[1-3]。此款雙饋點(diǎn)天線采用空氣微帶天線通過切角激起兩個極化方向正交的、幅度相等的、相位相差90°的線極化波實(shí)現(xiàn)圓極化，實(shí)現(xiàn)線極化采用單極全向天線。天線在地面時，通過饋電全向天線，由于此天線主波束上翹輻射能最大接收信號，天線上升空中，通過饋電圓極化天線，由于此天線主波束軸向輻射最大接收信號[4-5]。

1 天線設(shè)計

雙饋電點(diǎn)天線（簡稱雙模天線）的設(shè)計優(yōu)點(diǎn)在于縮小天線單獨(dú)放置所占用體積，同時簡單方便調(diào)諧匹配每個天線阻抗，而且組合雙饋電點(diǎn)天線可以實(shí)現(xiàn)特殊方向圖要求。本文圓極化天線采用空氣微帶圓形天線，通過對角線切角形成兩個幅度相等，相位相差90°的極化正交波。因?yàn)榭諝馕У慕殡姵?shù)？著r為1，所以在此取圓形微帶貼片的半徑約為？姿/4。微帶天線的結(jié)構(gòu)尺寸如下圖1所示，銅皮直徑為400mm，切角長度65mm，銅皮離地板的高度為20mm[6-8]。

同時根據(jù)要求設(shè)計工作在相同頻段的全向線極化天線——單極天線。由于體積限制，兩個天線必須組合在一起，因此設(shè)計單極天線固定于圓形空氣微帶天線的中間。經(jīng)調(diào)試，立于空氣微帶天線中間的底饋單極天線的輸入阻抗為25Ω。依據(jù)？姿/4單極天線理想接地可以鏡像為？姿/2的對稱振子，其上的電流分布等同于對稱振子；同時根據(jù)天線的輸入功率P=I2R，以及振子上電流分布公式I（z）=Imsinl-z，Im為電流波腹點(diǎn)的振幅，K==為相移常數(shù)，l=為振子臂長，z為饋電點(diǎn)到振子的距離。當(dāng)z=，根據(jù)公式得出電流I變?yōu)樵瓉淼?2，同時得出輸入阻抗變?yōu)樵瓉淼?倍（即為50Ω）。所以為了滿足此單極天線的阻抗匹配要求，采取提高單極天線的饋電點(diǎn)位置，在單極天線的中心點(diǎn)位置饋電（如下圖2饋電點(diǎn)2所示），達(dá)到天線駐波比指標(biāo)要求。通過室外遠(yuǎn)場測量，圓極化天線增益=11dBi，天線波束指向呈軸向，全向天線增益=5dBi，天線波束呈蝶形全向（主波束指向?yàn)閺较蛏下N30°）[9-10]。

2 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

雙模天線共同工作在400MHz～406MHz，實(shí)測駐波比如圖3，圖4所示，在整個頻段內(nèi)，VSWR<1.5：1，滿足指標(biāo)要求。

全向線極化天線測試方向圖分別如下圖5，圖6所示，由于空氣微帶銅皮大小的影響，輻射波束蝶形全向，主波束指向?yàn)閺较蛏下N30，增益≥5dB，天線置于地面時方向圖上翹能夠最大的接收衛(wèi)星信號。

圓極化天線方向圖如下圖7，圖8所示，通過遠(yuǎn)場測試增益≥11dB，輻射波束指向軸向。天線置于氣球中上升空中能夠很好的接收衛(wèi)星傳達(dá)信號。圖9實(shí)測結(jié)果表示天線圓極化軸比良好滿足指標(biāo)要求。

3 結(jié)論

本文通過切除銅皮對角線大小來實(shí)現(xiàn)圓極化微帶天線，以及調(diào)節(jié)單極天線的饋電點(diǎn)位置滿足特殊位置天線阻抗匹配要求。此雙饋電點(diǎn)天線組裝方便，占去體積小，同時在天線增益指標(biāo)滿足情況下有效的滿足了蝶形全向輻射，在實(shí)際使用中性能良好，也得到了氣象測試的廣泛應(yīng)用。

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[責(zé)任編輯：張濤]endprint