白冰 蘇偉
【摘 要】本文設(shè)計(jì)了一款車載雙饋天線應(yīng)用于接收氣象衛(wèi)星信號(hào),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(cè)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(hào)測(cè)試難度不斷增大,面臨著測(cè)試環(huán)境非常復(fù)雜,伴隨著對(duì)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(jì)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(cè)試方向圖的特殊要求的同時(shí)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(gè)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(shí),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(hào),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(hào)[4-5]。
1 天線設(shè)計(jì)
雙饋電點(diǎn)天線(簡(jiǎn)稱雙模天線)的設(shè)計(jì)優(yōu)點(diǎn)在于縮小天線單獨(dú)放置所占用體積,同時(shí)簡(jiǎn)單方便調(diào)諧匹配每個(gè)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(duì)角線切角形成兩個(gè)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(zhǎng)度65mm,銅皮離地板的高度為20mm[6-8]。
同時(shí)根據(jù)要求設(shè)計(jì)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(gè)天線必須組合在一起,因此設(shè)計(jì)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(duì)稱振子,其上的電流分布等同于對(duì)稱振子;同時(shí)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(zhǎng),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(shí)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(chǎng)測(cè)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(cè)駐波比如圖3,圖4所示,在整個(gè)頻段內(nèi),VSWR<1.5:1,滿足指標(biāo)要求。
全向線極化天線測(cè)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(shí)方向圖上翹能夠最大的接收衛(wèi)星信號(hào)。
圓極化天線方向圖如下圖7,圖8所示,通過遠(yuǎn)場(chǎng)測(cè)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(hào)。圖9實(shí)測(cè)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(duì)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(shí)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(cè)試的廣泛應(yīng)用。
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[責(zé)任編輯:張濤]endprint