一款车载双馈接收天线的设计

2017-09-11白冰苏伟

科技视界 2017年12期

白冰　苏伟

【摘要】本文设计了一款车载双馈天线应用于接收气象卫星信号，天线在满足性能指标要求的情况下，具有占去体积非常小等优点。测试结果表明：其中线极化天线增益为5dBi，天线波束呈蝶形全向（主波束指向为径向上翘30°）；圆极化天线增益为11dBi，天线波束指向呈轴向。

【关键词】双模；全向天线；圆极化；增益

0 引言

天线是非常重要的无线电通信设备。近年来气象卫星接收信号测试难度不断增大，面临着测试环境非常复杂，伴随着对天线的体积大小以及电性能的指标要求越来越高。本文设计了一款空气微带天线和单极天线合成的双馈天线，满足了测试方向图的特殊要求的同时也满足了天线体积的限制[1-3]。此款双馈点天线采用空气微带天线通过切角激起两个极化方向正交的、幅度相等的、相位相差90°的线极化波实现圆极化，实现线极化采用单极全向天线。天线在地面时，通过馈电全向天线，由于此天线主波束上翘辐射能最大接收信号，天线上升空中，通过馈电圆极化天线，由于此天线主波束轴向辐射最大接收信号[4-5]。

1 天线设计

双馈电点天线（简称双模天线）的设计优点在于缩小天线单独放置所占用体积，同时简单方便调谐匹配每个天线阻抗，而且组合双馈电点天线可以实现特殊方向图要求。本文圆极化天线采用空气微带圆形天线，通过对角线切角形成两个幅度相等，相位相差90°的极化正交波。因为空气微带的介电常数？着r为1，所以在此取圆形微带贴片的半径约为？姿/4。微带天线的结构尺寸如下图1所示，铜皮直径为400mm，切角长度65mm，铜皮离地板的高度为20mm[6-8]。

同时根据要求设计工作在相同频段的全向线极化天线——单极天线。由于体积限制，两个天线必须组合在一起，因此设计单极天线固定于圆形空气微带天线的中间。经调试，立于空气微带天线中间的底馈单极天线的输入阻抗为25Ω。依据？姿/4单极天线理想接地可以镜像为？姿/2的对稱振子，其上的电流分布等同于对称振子；同时根据天线的输入功率P=I2R，以及振子上电流分布公式I（z）=Imsinl-z，Im为电流波腹点的振幅，K==为相移常数，l=为振子臂长，z为馈电点到振子的距离。当z=，根据公式得出电流I变为原来的/2，同时得出输入阻抗变为原来的2倍（即为50Ω）。所以为了满足此单极天线的阻抗匹配要求，采取提高单极天线的馈电点位置，在单极天线的中心点位置馈电（如下图2馈电点2所示），达到天线驻波比指标要求。通过室外远场测量，圆极化天线增益=11dBi，天线波束指向呈轴向，全向天线增益=5dBi，天线波束呈蝶形全向（主波束指向为径向上翘30°）[9-10]。

2 实验数据

双模天线共同工作在400MHz～406MHz，实测驻波比如图3，图4所示，在整个频段内，VSWR<1.5：1，满足指标要求。

全向线极化天线测试方向图分别如下图5，图6所示，由于空气微带铜皮大小的影响，辐射波束蝶形全向，主波束指向为径向上翘30，增益≥5dB，天线置于地面时方向图上翘能够最大的接收卫星信号。

圆极化天线方向图如下图7，图8所示，通过远场测试增益≥11dB，辐射波束指向轴向。天线置于气球中上升空中能够很好的接收卫星传达信号。图9实测结果表示天线圆极化轴比良好满足指标要求。

3 结论

本文通过切除铜皮对角线大小来实现圆极化微带天线，以及调节单极天线的馈电点位置满足特殊位置天线阻抗匹配要求。此双馈电点天线组装方便，占去体积小，同时在天线增益指标满足情况下有效的满足了蝶形全向辐射，在实际使用中性能良好，也得到了气象测试的广泛应用。

【参考文献】

[1]林昌禄，宋锡明.圆极化天线[M].北京：人民邮电出版社，1986.6-18.

[2]林昌禄，聂在平.天线工程手册[M].北京：电子工业出版社.2003.27-32.

[3]克劳斯.天线[M].电子工业出版社.2004.19-54.

[4]廖承恩.微波技术基础[M].西安：西安电子科技大学出版社.1994.27-43.

[5]K.S.Kelleher， C.W.Morrow. Omnidirectional circularly-polarized antennas. Melpar，Inc， Vol.3.Part.1 Mar 1955. 28-3l.