探討全向圓極化天線技術(shù)

卿海 錢俊輝

摘 要：隨著我國科學(xué)技術(shù)不斷地發(fā)展，對于各個領(lǐng)域應(yīng)用到的技術(shù)都取得了或大或小的進步。由于圓極化天線技術(shù)自身的特性的原因，在當(dāng)今時代無線的應(yīng)用中，受到了越來越多的廣泛關(guān)注。本文主要闡述了圓極化全向天線的最新研究和相關(guān)進展，并對圓極化全向天線不同實現(xiàn)的方法和關(guān)鍵性問題進行相關(guān)描述，隨后介紹了每一種方案設(shè)計過程、影響因素、原理、不足，最后，對圓極化全向天線以后的發(fā)展?fàn)顩r進行展望。

關(guān)鍵詞：全向天線;圓極化天線;技術(shù)分析

相對于天線的性能來說，天線的極化是其的重要參數(shù)。天線的極化是指在發(fā)射天線輻射的過程中，在它的最大輻射的方向上且隨時間變化的電場矢量中空間描出的軌跡。對于天線的極化形式一共可以分成三種：線極化、圓極化和橢圓極化。其中線極化、圓極化是橢圓極化的一種特例。圓極化可以再分為正交左旋和右旋兩種形式，而橢圓極化波可以分解成相反旋向的圓極化波。隨著我國科學(xué)技術(shù)日益的發(fā)展，進而對天線的要求也逐漸提高，在當(dāng)今的無線應(yīng)用系統(tǒng)中，普通的極化天線已經(jīng)很難滿足人們?nèi)粘Ｉ笾械男枨螅M而圓極化天線逐漸地被人們廣泛使用。

1圓極化天線的簡單概述

對于逐漸被人們所青睞的圓極化天線主要有以下特點：首先圓極化天線對于任意極化的來波都可以接收，而圓極化天線釋放出的輻射其他的任意極化也能接受得到。其次，圓極化天線所具備了旋向的正交性。最后，當(dāng)有極化波射入到了對稱目標(biāo)則會發(fā)生旋向逆轉(zhuǎn)，與此同時不同旋向的電磁波所具備了較大數(shù)值的極化隔離[1]。正因為圓極化天線本身含有的特點，因此，其被廣泛的應(yīng)用在通信、雷達、電子干擾等方面。

2全向圓極化原理

對于任意的一個圓極化波都可以被分解為在時間和空間上相互正交且相等的幅線極化波，進而實現(xiàn)了在兩個空間之內(nèi)，其線極化電場分量互相正交并且振幅相同，相位差90°的基本原理。雖然圓極化天線的形式各式各樣，但是其原理都是相同的[2]。

雖然圓極化天線具有多種形式，但分析原理、產(chǎn)生機理基本相同，都能夠?qū)⒎纸夂蟮目臻g模型反映到史密斯圓圖中。圓極化天線的基本電參數(shù)AR可通過極化橢圓長軸（2A）與短軸（2B）計算，該參數(shù)是最大增益方向上的軸比，具體計算公式如下：

但是，在很多的實際應(yīng)用過程中，要求圓極化天線要具備全向輻射的特點，進而使得這種類型的圓極化全向天線與普通的圓極化天線既有區(qū)別但還存在著共性。在目前的社會中，有很多學(xué)者都在對于全向圓極化進行相關(guān)研究，自然而然的方法也就很多，就原理而言，可分為以下兩種：第一個就是選用多個排列組合的圓極化天線單元，其中每一個圓極化天線單元都覆蓋著一個角，經(jīng)過這些單元的聯(lián)合，進而實現(xiàn)全向圓極化;第二個就是選用全向輻射特點的天線，通過加入圓極化波，實現(xiàn)全向圓極化[3]。

3全向圓極化天線設(shè)計

3.1多單元圓極化天線組合

如果想要去實現(xiàn)圓極化全向天線的第一種方法，其主要的步驟首先是要先將圓極化天線單元進行詳細、準(zhǔn)確的設(shè)計，然后在通過合理的單元排列和饋線設(shè)計，進而將每個圓極化天線單元一一的組合起來。

3.2圓極化天線單元設(shè)計

對于圓極化天線單元來說，微帶貼片天線是在圓極化天線單元使用率最高的，但是有的是利用圓極化波原理。所謂的圓極化波原理，其是通過對稱陣子等在一定的角上所產(chǎn)生的圓極化波。

微帶貼片天線圓極化方法主要分為切角、準(zhǔn)方形、近圓形等。但是，對其的原理可以分為三類：

第一類就是單饋法。這種方法是基于空腔模型理論，通過使用簡并膜分離元產(chǎn)生的兩個輻射進行正交化工作，這種方法的重要之處就在于確定幾何微擾，換句話說就是選擇簡并膜分離元的位置、大小以及合適的反饋點。但是這種天線架構(gòu)比較簡單，價格低，但是帶寬較窄進而影響其極化性能[4]。

第二類是多饋法。多饋法是使用的不同形狀分支、電橋等饋電網(wǎng)絡(luò)，利用不同的饋點、饋電微帶天線，進而為饋電圓極化創(chuàng)造了工作條件。此天線帶寬較好，對交叉極化起到了控制作用，但是由于饋電網(wǎng)絡(luò)相對較為復(fù)雜，所花費的成本較高。

第三類是多元法，其是通過使用許多個線極化輻射元，然后將每一個饋點都分別對應(yīng)一個線極化輻射元饋電。這種方法它的饋電網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)較為簡單并且收益比較好，但是整體的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，尺寸較大。

上面提到的三種方法都是根據(jù)微帶圓極化天線原理進行操作和實施的，都能夠應(yīng)用于實際的全向圓極化天線設(shè)計中。另外，使用對稱振子方法也能夠設(shè)計和應(yīng)用全向圓極化天線。無論什么方法都需要注意單個天線單元的設(shè)計，必須嚴格按照相關(guān)全向指標(biāo)進行設(shè)計，例如采用N個單元，需要保證單個天線的3dB波束寬度>360°/N，這樣才能保證全向圓極化效果。

3.3全向圓極化天線實現(xiàn)

在對圓極化天線設(shè)計完畢之后，要選用適當(dāng)?shù)姆绞?，將每一個單元進行巧妙的阻隔，進而實現(xiàn)全向性，一般情況下，都是通過使用合適的饋電網(wǎng)絡(luò)將各個不同單元的圓極化天線進行相關(guān)組合。

3.4優(yōu)點與缺點

通過以上實現(xiàn)全向圓極化天線的方法，具有架構(gòu)簡單，花費的價錢較低，設(shè)計的較為合理等優(yōu)點，進而在全向圓極化天線設(shè)計過程中是經(jīng)常才用的。但是它自身也存在著不足，這類天線一般應(yīng)用在天線工作時間不長的情況下，如果說天線的時間突然增長，工作的波長較小，可能就會造成其工作效率低下情況的發(fā)生[5]。

4發(fā)展趨勢

對于全向圓極化天線來說，其對社會、經(jīng)濟、軍事產(chǎn)生了重大的影響，也得到了社會各界的廣泛關(guān)注。隨著我國不斷地發(fā)展，各行各業(yè)對全向圓極化天線每一方面的性能要求日益增高?；诋?dāng)前的現(xiàn)狀來看，結(jié)構(gòu)化、寬帶化、性能化將會是全向圓極化天線主要的發(fā)展趨勢。

結(jié)語：

綜上所述，對于天線的極化性能、尺寸以及制作過程在每一方面都相互的影響，進而體現(xiàn)了事物本身所含的矛盾的辯證本質(zhì)，這也要求我們在權(quán)衡之中尋找一個最好的平衡點。伴隨著我國科學(xué)技術(shù)大踏步式的進步和各個領(lǐng)域的應(yīng)用需求，全向圓極化天線必將會除舊布新，對其結(jié)構(gòu)不斷地進行修改和完善，對功能不斷地進行優(yōu)化，從而被各個領(lǐng)域取之所用。

參考文獻

[1]王戀偉.通信工程傳輸技術(shù)的應(yīng)用與未來發(fā)展趨勢探討[J].農(nóng)家參謀，2020（07）：150.

[2]李哲宇，朱永忠，張杰.全向圓極化天線技術(shù)綜述[J].電訊技術(shù)，2019，59（09）：1107-1114.

[3]李靜靜. 衛(wèi)星通信終端多頻段可重構(gòu)圓極化天線技術(shù)研究[D].蘇州大學(xué)，2019.

[4]無奇. 毫米波無線通信平面圓極化天線與陣列關(guān)鍵技術(shù)研究[D].東南大學(xué)，2019.

[5]王力. 衛(wèi)星通信及導(dǎo)航系統(tǒng)的圓極化天線及其陣列技術(shù)的研究[D].西安電子科技大學(xué)，2018.