一种GNSS双频圆极化天线的设计

摘要：基于腔模理论，结合多馈点网络和短路销钉加载等技术，提出并设计了一种双频圆极化层叠结构的微带天线。通过时域有限差分法(FDTD)模拟仿真，结果表明，该结构可实现双频圆极化，并具有尺寸小、频带宽等特点，这些特性使其在未来的无线通信领域中有着重要的发展和应用前景。
关键词：微带天线；腔模理论；双频；多馈点；圆极化

0 引言
全球卫星导航系统(GNSS)由于其具有全能性(陆地、海洋、航空和航天)、全球性、全天性、连续性和实时性的导航、定位与定时功能，能为各类用户提供精密的三维坐标、三维速度和时间信息，而备受人们青睐。天线作为卫星导航系统的终端起着举足轻重的作用，其性能直接影响着整个系统。
通常应用于全球卫星导航系统的终端天线有四臂螺旋天线和微带天线两种形式。四臂螺旋天线通过改变其物理尺寸可形成不同的辐射方向图来满足不同空间的应用需求，但由于其成本高，轴向尺寸大等缺点极大地限制了它的发展。与此同时微带天线的出现使人们看到了希望，由于其体积小，剖面低，能与载体共形，易于实现圆极化等优点受到了人们的极大关注，而频带窄，增益小等缺点也阻碍着其发展，但同时吸引着大量的研究。目前基于不同馈点个数，和新型贴片结构的微带天线得到了广泛的研究。Chari Ricky和Mak Chi-Lun等人提出了通过在贴片上开E型槽来得到满意的带宽，但这种方法所设计的天线尺寸很大。在文献中介绍了加载短路销钉的圆形微带天线和矩形微带天线，在天线的工作频率上，天线的尺寸缩小了89％。本文结合上述两种方法提出并设计了一种新型的层叠结构的微带天线，通过在贴片上对称的开四个槽，并利用使各馈点之间的相位相差90°的旋转馈电技术，有效地扩展了天线的阻抗带宽，并使天线的尺寸减小了26％。

1 腔膜理论分析
选择如图1所示的坐标系，当hλ0时，假设贴片与接地板之间的磁场只有Hx和Hy分量，电场只有Ez分量，内场不随z坐标变化，四周为磁壁，贴片和接地板之间为电壁。