一款車載雙饋接收天線的設計

白冰　蘇偉

【摘 要】本文設計了一款車載雙饋天線應用于接收氣象衛星信號，天線在滿足性能指標要求的情況下，具有占去體積非常小等優點。測試結果表明：其中線極化天線增益為5dBi，天線波束呈蝶形全向（主波束指向為徑向上翹30°）；圓極化天線增益為11dBi，天線波束指向呈軸向。

【關鍵詞】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備。近年來氣象衛星接收信號測試難度不斷增大，面臨著測試環境非常復雜，伴隨著對天線的體積大小以及電性能的指標要求越來越高。本文設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°的線極化波實現圓極化，實現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 天線設計

雙饋電點天線（簡稱雙模天線）的設計優點在于縮小天線單獨放置所占用體積，同時簡單方便調諧匹配每個天線阻抗，而且組合雙饋電點天線可以實現特殊方向圖要求。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。因為空氣微帶的介電常數？著r為1，所以在此取圓形微帶貼片的半徑約為？姿/4。微帶天線的結構尺寸如下圖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]。

同時根據要求設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，因此設計單極天線固定于圓形空氣微帶天線的中間。經調試，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？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為電流波腹點的振幅，K==為相移常數，l=為振子臂長，z為饋電點到振子的距離。當z=，根據公式得出電流I變為原來的/2，同時得出輸入阻抗變為原來的2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位置，在單極天線的中心點位置饋電（如下圖2饋電點2所示），達到天線駐波比指標要求。通過室外遠場測量，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（主波束指向為徑向上翹30°）[9-10]。

2 實驗數據

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

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，主波束指向為徑向上翹30，增益≥5dB，天線置于地面時方向圖上翹能夠最大的接收衛星信號。

圓極化天線方向圖如下圖7，圖8所示，通過遠場測試增益≥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星傳達信號。圖9實測結果表示天線圓極化軸比良好滿足指標要求。

3 結論

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

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[責任編輯：張濤]endprint