5.8GHz高增益圆极化方形四环天线设计

四环天线增益确实与设计相符，提高2dB。波束宽度比双环天线变窄，在中心频点5.8GHz处，半功率波束宽度由双环天线的60°降低到四环天线的40°。四环天线交叉极化分量与双环天线相比变差，因为邻近并馈双环间电流分布相互影响，增加了交叉极化分量。

图3四环与双环天线增益方向图在φ=0°面比较

轴比带宽（AR3dB）如图4所示由双环天线的17%降到四环天线的3.8%。双环天线增益在5.3GHz~6.3GHz频段内均约为9.9dB。四环天线增益在5.65GHz～5.9GHz频段内从11.3dB升高到12.4dB，增益平均提高2dB。而天线尺寸和地板尺寸都没有增加，在实际应用中可以减少天线阵列的单元数，减小馈电网络的复杂性。

图4四环与双环天线增益轴比随频率变化曲线

天线实物如图5所示，辐射单元印刷在介质板背面，分别与巴伦顶部双线正面和背面进行焊接。巴伦底部正面与50欧姆SMA内芯、背面和地板进行焊接。在焊接中，要保证天线、巴伦和地板三者两两垂直。

图5天线实物

驻波测试使用AgilentE8363B矢量网络分析仪，实测结果与仿真结果如图6所示。测试结果与仿真结果吻合较好，在所需5.65GHz～5.9GHz频段内均小于2，实现了阻抗匹配。由图6可见，所采用的渐变巴伦为宽带巴伦，在频段5GHz～6GHz内均小于2，实测结果向低频偏移。

图6VSWR仿真和实测结果对比

在中心频点5.8GHz测试了该四环天线实物的方向图。天线测试方向图如图7所示，与图3比较可见仿真与实测吻合较好。只是交叉极化误差较大，主极化后瓣测试结果较高。

图7四环天线测试方向图

4结论

本文通过改进双环天线，提出了新型方形四环天线结构。并将双环天线与四环天线进行仿真比较，优化天线各个参数，使得仿真结果满足设计要求，增益平均提高2dB。并制作了工作ISM5.8GHz频段（5.725GHz～5.875GHz）的左手圆极化四环天线。使用宽频带渐变巴伦进行阻抗变换，驻波带宽（VSWR2）大于18%，实现了阻抗匹配。在5.725GHz～5.875GHz内平均增益为12.2dB，与双环天线相比，提高了天线增益。