16-圆极化天线 天线原理
宽带圆极化微带天线分析与设计
宽带圆极化微带天线分析与设计一、本文概述本文旨在深入探讨宽带圆极化微带天线的分析与设计。
随着无线通信技术的飞速发展，天线作为无线通信系统的关键组成部分，其性能直接影响到整个系统的传输质量和效率。
宽带圆极化微带天线作为一种重要的天线类型，具有宽频带、圆极化、低剖面、易集成等优点，因此在卫星通信、移动通信、雷达系统等领域具有广泛的应用前景。
本文将首先介绍宽带圆极化微带天线的基本原理和特性，包括其辐射机制、极化特性、带宽特性等。
随后，将详细分析宽带圆极化微带天线的设计方法，包括天线尺寸的选择、馈电方式的设计、介质基板的选取等。
在此基础上，将探讨影响天线性能的关键因素，如阻抗匹配、交叉极化、增益等，并提出相应的优化策略。
本文还将通过具体的案例分析，展示宽带圆极化微带天线在实际应用中的性能表现。
通过对比分析不同设计方案下的天线性能，为工程师和研究者在实际应用中提供有益的参考。
本文将总结宽带圆极化微带天线的设计与优化策略，并展望其未来的发展趋势和应用前景。
通过本文的研究，旨在为宽带圆极化微带天线的分析与设计提供理论支持和实践指导。
二、圆极化微带天线的基本原理圆极化微带天线是一种能够在空间中产生圆形极化波的天线，它具有独特的电磁辐射特性，广泛应用于无线通信、雷达探测和卫星通信等领域。
了解圆极化微带天线的基本原理对于其分析与设计至关重要。
圆极化波是一种电磁波，其电场矢量在空间中随时间旋转，形成一个圆形的轨迹。
圆极化微带天线通过特定的设计和构造，能够在其辐射区域内产生这样的圆形极化波。
这种波形的特性在于，无论接收天线的极化方式如何，圆极化波都能在一定程度上被接收，因此具有更好的抗干扰能力和更广泛的适用性。
圆极化微带天线的基本原理主要基于电磁场理论和天线辐射原理。
它通过在微带天线的辐射贴片上引入特定的相位差，使得天线的两个正交分量产生90度的相位差，从而形成圆极化波。
这种相位差可以通过在辐射贴片上刻蚀特定的槽口或引入附加的相位延迟线来实现。
全向圆极化天线的研究
摘要全向圆极化天线由于其具有圆极化辐射和全向辐射的双重特性，能比传统定向天线提供更大的信号覆盖范围，同时具有圆极化的抑制云雨干扰与抗多径反射特性，被广泛应用于遥感遥测、空间飞行器（飞机、导弹、火箭等）、广播电视系统和卫星定位等各个方面。
全球卫星导航定位系统（GNSS）在实际生活应用中所呈现的反应快、效率高、定位准确等特点，其应用己经深入人们的日常生活中。
为了提高卫星导航天线的覆盖面积，对于全向圆极化天线在需求巨大。
就目前情况来看，制约该类天线应用的主要问题是其阻抗带宽和轴比带宽过窄。
可以预见，小型化宽带全向圆极化天线将在未来的无线通信领域扮演不可或缺的角色。
本论文中介绍全向圆极化的研究背景和意义，分析全向圆极化天线的发展趋势和所面临的一些问题，归纳了目前全向圆极化天线的一些国内外的相关研究现状。
本论文的研究内容主要围绕全向圆极化天线的设计所展开，研究成果具有一定的创新性，在工程实践中也具有一定的意义。
本论文的创新成果具体为：1、设计了一种基于单极子和环形枝节的全向圆极化天线，仿真和实测结果表明，该天线可以得到很好的全向圆极化辐射特性。
天线的尺寸为0.24λ0*0.24λ0*0.12λ0，该天线具有的10-d B回波损耗带宽和3-dB轴比带宽分别为4.4%和6.4%。
天线结构简单紧凑，可以在很大程度上减小天线的尺寸，满足特殊场合的小型化要求。
2、设计了一种基于十字交叉偶极子的全向圆极化天线，天线包含4个十字交叉偶极子和一个馈电网络，十字交叉偶极子的水平部分臂和垂直部分臂分别控制远场的水平极化和垂直极化电场，对该天线全向圆极化的工作原理进行了深入研究，天线具有的10-dB回波损耗带宽和3-dB轴比带宽分别为28.9%和17.9%。
3、设计了一种基于弯折偶极子的全向圆极化天线，天线包含4个弯折偶极子和一个馈电网络，通过把偶极子进行弯折，弯折偶极子的水平部分和垂直部分的电流分别控制远场水平极化和垂直极化，根据弯折偶极子的电流分布，分析水平远场水平方向和垂直方向的电场分布和90°相位差原理。
浅谈圆极化微带天线
浅谈圆极化微带天线作者：房明明来源：《山东工业技术》2013年第11期随着无线通信技术的快速发展，天线作为各种无线通信设备中必不可少的元器件，获得了广泛的应用和重要的技术进展。
在许多雷达系统、导航系统、卫星系统和遥控遥测等系统中，圆极化天线是一种常用的天线形式。
圆极化天线有利于对空间电磁波的接收，同时还能够抑制雨雾反射杂波的干扰。
开展低成本、小型化、低剖面的圆极化天线的研究具有重要的实际意义。
1 圆极化微带天线介绍天线系统的功能是完成发射机和接收机与空间电磁波之间的能量转换，它具有辐射方向性和极化等指标特性，对无线系统的性能起着关键作用[1]。
天线辐射出的是电磁波，电磁波在空间里进行传播可以选择不同的极化方式。
所谓极化是指天线在辐射电磁波时其电场矢量在空间内的指向。
所谓极化天线就是指天线辐射出的电磁波要具有一定的极化性能。
常见的极化方式有圆极化、线极化和椭圆极化等等。
线极化是指天线辐射出的电磁波在一条直线上来回振动向前传播；圆极化或椭圆极化波是指天线辐射的电磁波绕传播方向沿着圆形或椭圆形路径转动向前传播。
根据电磁波极化的定义[2]，假设考察的电磁波为完全极化波，且为正弦振荡的电磁信号，瞬态电场矢量E在x轴和y轴上的分量分别为 Ex和Ey，则在z=0位置处的瞬态电场可写为：E=exEx+eyEy=exE1cosωt+eyE2cos（ωt+δ）（1）式中，ex和ey分别为x轴和y轴上的单位矢量，δ为Ey超前Ex的相位，公式推导表明，该电场矢量随着时间变化的空间轨迹为一个椭圆；假设该椭圆的椭圆倾角为τ，它为椭圆的长轴与x轴的夹角，椭圆的轴比为长轴电场分量与短轴电场分量之比；当两个极化分量同相時，即δ=0，该电磁波为线极化波，当δ>0时，该电磁波为左旋椭圆极化波，当δ在圆极化天线中，微带印刷天线是一种最为常用的天线形式。
微带天线具有易于实现圆极化、结构简单、成本低廉、加工方便、剖面低、易于与载体共形、易于与有源电路集成、设计灵活、易于实现多频段工作模式等优点，圆极化天线具有增强信号质量、抑制雨雾反射、提高天线系统效率等优点，因此由微带印刷天线与圆极化技术结合而成的圆极化微带天线获得了广泛的应用和深入的研究[3]。
圆极化全向天线技术概要
圆极化全向天线技术胥亚东，阮成礼电子科技大学物理电子学院，成都（610054）E-mail：摘要：圆极化全向天线由于其自身性能特点，在现代的无线应用中，越来越受到广泛的关注。
本文主要归纳总结了圆极化全向天线的研究进展，探讨了圆极化全向天线的各种实现方法，及其中的各个关键问题，并讨论了各种方案具体设计方案、影响因素、过程原理，及其优劣性，在此基础上，对圆极化全向天线的研究发展趋势提出了展望。
关键词：圆极化天线，全向天线中图分类号：TN820.1+11．引言天线的极化作为天线性能的一个重要参数，是指在一个发射天线辐射时，其最大辐射方向上，随着时间变化电场矢量（端点）在空间描出的轨迹。
天线的极化形式分为线极化，圆极化和椭圆极化三种。
线极化和圆极化是椭圆极化的特例。
圆极化又分为正交的左旋和右旋圆极化。
椭圆极化波可分解为两个旋向相反的圆极化波[1]。
随着科学技术和社会的不断发展，对天线的性能要求也越来越高，在现代的无线应用系统中，普通的线极化天线已很难满足人们的需求，圆极化天线的应用越来越广泛，其主要特点主要体现在以下几个方面[2-4]：1.圆极化天线可接收任意极化的来波，且其辐射波也可由任意极化天线收到；2.圆极化天线具有旋向正交性；3.极化波入射到对称目标（如平面、球面等）时旋向逆转，不同旋向的电磁波具有较大数值的极化隔离。
由于圆极化天线具有以上特点，因此，被广泛使用在通信、雷达、电子侦察与电子干扰等各个方面，研究圆极化天线具有巨大的社会效益、经济效益和军事效益。
任意圆极化波可分解为两个在空间、时间上均正交的等幅线极化波，由此得到实现圆极化天线的基本原理：即产生两个空间正交的线极化电场分量并使二者振幅相等（即简并模），相位差90°[5]。
尽管圆极化天线形式各异，但产生机理万变不离其宗。
反映在史密斯圆图中，两简并模的恰当分离对应阻抗曲线出现一个尖端（cusp）。
圆极化天线的基本电参数是最大增益方向上的轴比，即任意极化波的极化椭圆长轴（2A）与短轴（2B）之比[6]：⎛A⎞AR=20lgr=20lg⎜⎟⎝B⎠纯圆极化波的轴比为0dB。
圆极化天线的研究
圆极化天线的研究一、本文概述随着无线通信与导航系统的日益普及与复杂化，尤其是在现代航天、航空、航海、移动通信以及物联网等领域的广泛应用，对天线性能的需求不断提升，其中圆极化天线因其独特的辐射特性和在多路径干扰抑制、空间分集、信号完整性等方面的显著优势，成为科研界关注的重点。
本研究旨在全面梳理圆极化天线的理论基础、关键技术及其在不同应用场景下的设计挑战与解决方案，同时探讨近年来圆极化天线技术的最新进展与未来发展趋势。
本文首先回顾了圆极化天线的基本概念，阐述其相对于线极化天线在抗极化失配、提高信噪比、增强多径环境下的通信稳定性和实现空间分集接收等方面的优越性。
特别地，针对圆极化微带天线、圆极化喇叭天线、交叉偶极子天线等典型结构，详细解析其工作原理、设计原则以及实现宽带、小型化、低剖面、低副瓣、高增益等关键性能指标的策略与方法。
通过对现有文献的系统梳理，总结了诸如双层印刷电路板技术、缝隙耦合、超材料加载、双菱形交叠贴片结构、转轮状超材料调控、相控阵技术等先进设计手段的应用实例及其对提升圆极化天线性能的贡献。
在实践应用层面，本文聚焦于圆极化天线在车载、星载、机载、便携式卫星通信以及北斗导航等具体场景中的适应性研究。
探讨了在有限的空间约束、严苛的环境条件以及多样化功能需求下，如何通过结构创新、材料选择、馈电优化、可重构技术等途径，设计出满足特定系统要求的高性能圆极化天线单元及阵列。
同时，分析了在阵列配置、波束赋形、极化切换与控制等方面所面临的工程问题与解决策略，强调了在确保天线性能的同时，兼顾集成化、轻量化、可靠性和成本效益的重要性。
本文还前瞻性地探讨了圆极化天线技术的发展趋势，如智能天线、可编程天线、多频段兼容设计、动态极化管理等前沿领域，以及这些新技术对未来无线通信系统架构、网络效能和用户体验可能产生的深远影响。
通过对一系列实验数据的分析和仿真结果的验证，评估了所讨论的圆极化天线设计方案的性能表现，并针对实际应用中可能出现的问题提出改进建议，为相关领域的研究人员和工程师提供有价值的参考与指导。
天线的极化与圆极化天线
天线的极化与圆极化天线理⼀下思路，本篇将要处理的⼏个问题1、为什么卫星通信使⽤圆极化？回答的问题：圆极化的特征与优点2、什么是极化，确切的说是什么是电磁波的极化？回答的问题：电磁波极化的定义，极化的种类3、天线圆极化的实现⽅法//补充问题：天线极化的作⽤，或者不同极化⽅式的使⽤场合//------------------------------------------------------------------------------------------------------------------为什么卫星通信使⽤圆极化波？电磁波在传播过程中遇到反射折射会引起极化⽅向偏转，这回导致在接受端电磁波的极化⽅向与天线的极化⽅向不同（极化失配）圆极化波在⾬、雪天⽓中的衰减⼩，穿透电离层能⼒强，不受地球两极磁场产⽣的法拉第效应影响，安装调试简单（不⽤调整极化），所以通常使⽤微带天线⽤于北⽃导航系统圆极化波可以使⽤任意线极化天线接收，但是接收的功率只有同等圆极化天线的⼀半，为什么？//------------------------------------------------------------------------------------------------------------------天线极化：（axial ratio）极化⽅向：电磁波在传波过程中最⼤辐射⽅向上的瞬时电场的⽅向，根据电场强度⽮量⽮端的运动轨迹划分线极化：天线辐射出的电磁波在⼀条直线上来回振动向前传播圆极化/椭圆极化：天线辐射的电磁波绕传播⽅向沿着圆形或椭圆形路径转动向前传播轴⽐：瞬时电场的轨迹为⼀个椭圆，该椭圆的长轴与短轴之⽐定义为轴⽐简单的区分：圆极化AR为1，线极化AR为⽆穷⼤，椭圆极化则介于两者之间，线极化⼜分为垂直极化和⽔平极化，线极化天线的姿势。
会影响信号的传播效率圆极化分为左旋圆极化和右旋圆极化，虽然圆极化可以接收任意极化天线的信号但是左旋极化和右旋极化却不可以YY，，，GPS的卫星发射天线为左旋圆极化，，短波天线多为线极化+/-45度极化的天线，基站天线LTE天线交叉极化：交叉极化携带能量对主极化是⼀种损失，这⾥的主极化是什么呢，就是天线的主业，那么交叉极化就是不务正业了，，（与主极化相对的就是交叉极化）//------------------------------------------------------------------------------------------------------------------圆极化实现⽅法产⽣条件：同时具有等幅正交(相位相差90度)的两个信号i??: 利⽤多个线极化辐射单元来辐射圆极化波，每⼀个单元都是单点馈电，通过选择合适的位置将⼏个单元串联或并联起来，最后实现圆极化辐射。
卫星通信及导航系统的圆极化天线及其阵列技术的研究
卫星通信及导航系统的圆极化天线及其阵列技术的研究卫星通信及导航系统的圆极化天线及其阵列技术的研究概述随着卫星通信及导航技术的快速发展，圆极化天线及其阵列技术成为了该领域的研究热点。
本文将介绍圆极化天线的工作原理、基本结构以及其在卫星通信及导航系统中的应用。
同时，我们还将探讨圆极化天线阵列技术的意义以及未来的发展趋势。
一、圆极化天线的工作原理圆极化天线是指其辐射的电磁波的电场矢量沿着地球上某点的圆轨迹旋转。
其工作原理基于电磁波在空间中的传播特性和天线结构的设计。
通常，圆极化天线由基本天线元件和馈电网络组成。
基本天线元件是圆极化天线的核心部件，通过其结构和材料的选择，能够实现特定频率范围内的圆极化辐射。
常见的基本天线元件包括圆盘天线、旋转推杆天线等。
馈电网络则用于将信号传输给基本天线元件，以实现特定的极化状态。
馈电网络通常包括相位控制器、幅度分配网络等。
二、圆极化天线的基本结构圆极化天线的具体结构因应用场景和需求而有所不同。
在卫星通信及导航系统中，常见的圆极化天线包括反射天线和柱波导天线。
反射天线是一种常见的圆极化天线，其结构包括抛物面反射器和圆极化馈源。
通过抛物面反射器对电磁波进行聚焦，再将其经由圆极化馈源辐射出去，实现圆极化天线的功能。
柱波导天线是另一种常见的圆极化天线，具有紧凑、轻便的特点。
其结构包括圆柱形金属腔体和复杂的总反射材料。
当电磁波由馈源输入时，通过腔体内部的反射和漫射，实现电磁波的圆极化辐射。
三、圆极化天线在卫星通信及导航系统中的应用圆极化天线在卫星通信及导航系统中具有重要的应用价值。
首先，圆极化天线能够在传输过程中抵消电离层的旋转效应，保证信号的稳定传输。
其次，圆极化天线能够实现辐射方向的灵活调整，提高信号的传输质量。
此外，圆极化天线还能够提供多种工作模式，如全向辐射、波束扫描等。
这些特性使得圆极化天线成为卫星通信及导航系统中不可或缺的一部分。
四、圆极化天线阵列技术圆极化天线阵列技术是圆极化天线研究的一个重要分支。
圆极化天线原理
圆极化天线原理引言：圆极化天线是一种特殊的天线，其辐射或接收电磁波的方式与传统的线极化天线不同。
圆极化天线具有许多优点，例如在多径传播环境中具有较好的抗干扰能力，适用于无线通信、雷达、卫星通信等领域。
本文将重点介绍圆极化天线的原理及其应用。
一、圆极化天线的原理：圆极化天线的原理基于电磁波在空间中的传播方式。
电磁波可分为线极化和圆极化两种形式，线极化天线的辐射电磁波的电场和磁场方向都在同一平面内，而圆极化天线的辐射电磁波的电场和磁场方向则呈现出旋转的状态。
圆极化天线的原理可通过两种方式实现：一种是通过特殊的结构设计，例如采用旋转结构或螺旋结构；另一种是通过信号的合成方式实现，例如通过两个正交线极化天线的信号合成。
二、圆极化天线的优点：1. 抗多径干扰能力强：在无线通信中，多径效应是一个普遍存在的问题。
圆极化天线的辐射方式使其能够更好地应对多径传播环境中引起的干扰和衰落，提高信号的稳定性和可靠性。
2. 适应性广泛：圆极化天线不受天线与用户设备之间角度的限制，可以适应不同方向的信号传输。
这使得圆极化天线在无线通信、雷达、卫星通信等领域具有广泛的应用前景。
3. 信号覆盖范围广：圆极化天线的辐射方式使得其信号能够覆盖更广的区域，提高了信号的覆盖范围，减少了信号盲区的出现。
三、圆极化天线的应用：1. 无线通信：在无线通信领域，圆极化天线广泛应用于移动通信、无线局域网、卫星通信等系统中。
圆极化天线的应用可以提高信号的传输质量，降低干扰，提高通信系统的性能。
2. 雷达系统：雷达系统中圆极化天线的应用可以提高雷达信号的抗干扰能力，减少回波信号的衰减，提高目标的探测性能。
3. 卫星通信：在卫星通信中，圆极化天线的应用可以提高信号的传输效率和稳定性，减少信号的衰落和失真，提高通信的可靠性。
4. 无人机技术：随着无人机技术的快速发展，圆极化天线的应用也越来越广泛。
圆极化天线可以提供更稳定和可靠的信号传输，提高无人机的控制精度和通信能力。
圆极化全向天线技术概要
圆极化全向天线技术胥亚东，阮成礼电子科技大学物理电子学院，成都（610054）E-mail：摘要：圆极化全向天线由于其自身性能特点，在现代的无线应用中，越来越受到广泛的关注。
本文主要归纳总结了圆极化全向天线的研究进展，探讨了圆极化全向天线的各种实现方法，及其中的各个关键问题，并讨论了各种方案具体设计方案、影响因素、过程原理，及其优劣性，在此基础上，对圆极化全向天线的研究发展趋势提出了展望。
关键词：圆极化天线，全向天线中图分类号：TN820.1+11．引言天线的极化作为天线性能的一个重要参数，是指在一个发射天线辐射时，其最大辐射方向上，随着时间变化电场矢量（端点）在空间描出的轨迹。
天线的极化形式分为线极化，圆极化和椭圆极化三种。
线极化和圆极化是椭圆极化的特例。
圆极化又分为正交的左旋和右旋圆极化。
椭圆极化波可分解为两个旋向相反的圆极化波[1]。
随着科学技术和社会的不断发展，对天线的性能要求也越来越高，在现代的无线应用系统中，普通的线极化天线已很难满足人们的需求，圆极化天线的应用越来越广泛，其主要特点主要体现在以下几个方面[2-4]：1.圆极化天线可接收任意极化的来波，且其辐射波也可由任意极化天线收到；2.圆极化天线具有旋向正交性；3.极化波入射到对称目标（如平面、球面等）时旋向逆转，不同旋向的电磁波具有较大数值的极化隔离。
由于圆极化天线具有以上特点，因此，被广泛使用在通信、雷达、电子侦察与电子干扰等各个方面，研究圆极化天线具有巨大的社会效益、经济效益和军事效益。
任意圆极化波可分解为两个在空间、时间上均正交的等幅线极化波，由此得到实现圆极化天线的基本原理：即产生两个空间正交的线极化电场分量并使二者振幅相等（即简并模），相位差90°[5]。
尽管圆极化天线形式各异，但产生机理万变不离其宗。
反映在史密斯圆图中，两简并模的恰当分离对应阻抗曲线出现一个尖端（cusp）。
圆极化天线的基本电参数是最大增益方向上的轴比，即任意极化波的极化椭圆长轴（2A）与短轴（2B）之比[6]：⎛A⎞AR=20lgr=20lg⎜⎟⎝B⎠纯圆极化波的轴比为0dB。
圆极化天线的研究与设计
圆极化天线的研究与设计现代通信系统需要在复杂的环境和条件下实现稳定的通信,这对天线的稳定性和抗干扰性有很高的要求。
圆极化天线具有很多独特性质,圆极化天线可以接受任意极化的电磁波从而避免极化损失,还可以抑制多径散射和多径干扰,同时可以避免产生法拉第旋转效应。
由于独特优势,圆极化天线系统具有良好的可靠性和稳定性,广泛应用于卫星,射频识别,雷达等领域。
随着现代通信技术的迅速发展,对圆极化天线也提出了新的要求。
例如,在结构上要求天线小型化、易于集成以及结构简单等;在天线性能方面则要宽带宽、多频工作、全向性、高增益以及宽波束等。
本论文对传统圆极化天线技术进行了回顾,系统的总结了各种圆极化技术的优点和缺点。
基于已有的圆极化的技术进行创新和改进,从而设计了几款性能出色的圆极化天线。
论文围绕圆极化天线展开,设计了两个宽带圆极化天线,一个双频圆极化天线,一个圆极化聚焦阵列天线。
本文的主要创新点为:1.设计了两款宽带圆极化天线。
其中第一款基于正交L型开口缝隙,通过在馈电线上增加调谐短截线,和在贴片上引入闭合正交缝隙,使圆极化带宽从大约23%增加到70%。
第二款基于微带单极子天线改进而来,改变单极子贴片的馈电位置和倾斜角度实现圆极化特性,并且采用圆弧化的处理达到宽带特性,实现了90%的宽带圆极化带宽。
2.设计了一个双频工作的圆极化RFID阅读器天线,不仅有较宽的圆极化带宽,而且两个工作频点独立可调。
将两个不同长度的弯折正交缝隙巧妙的组织在一起,分别负责高频和低频的圆极化辐射。
三个射频开关控制两种工作模式的切换。
该天线结构紧凑,且完全覆盖了RFID的UHF通用频段和WLAN频段。
3.设计了一个16单元的圆极化聚焦阵列,基于阵列和圆极化测试天线之间的传输效率最大化的原理来计算聚焦阵列的最优激励分布,能够同时达到很好的圆极化和聚焦性能。
对每一个阵列单元增加寄生贴片作为引向器,使单元的辐射波束向焦点方向倾斜,使电场聚焦增益提升了2.7 dB。
钢片实现圆极化天线的原理
钢片实现圆极化天线的原理
钢片实现圆极化天线的原理是通过合理设计和调整钢片的几何形状和位置来实现天线的极化转换。
常见的钢片形状包括圆形、方形、椭圆形等，其位置通常放置在天线辐射元件的边缘或背面。
具体实现的原理如下：
1. 线极化与圆极化的转换：传统的天线通常工作于特定方向的线极化，而钢片通过改变电场和磁场的相位和幅度分布，可以实现线极化向圆极化的转换。
2. 几何形状的设计：通过合理设计钢片的几何形状和布局，可以引入适当的相移和振幅调制，从而实现电场和磁场的旋转，进而实现圆极化的辐射。
3. 相位和振幅调节：钢片的形状、尺寸和位置等参数的调整可以使得电场和磁场在空间中具有不同的相位和幅度分布。
这些调整可以通过数值仿真或实验来优化，以实现所需的圆极化性能。
4. 多频段工作：钢片的形状和尺寸可以设计成多频段工作的特性，以增加天线的适用范围和频宽。
总的来说，钢片实现圆极化天线的原理是通过钢片的几何形状和位置来调整电场和磁场的相位和幅度分布，实现线极化向圆
极化的转换，并实现所需的辐射性能。
根据具体的应用和要求，钢片可以灵活设计和调整，以实现最佳的性能和效果。
天线工作原理与主要参数
天线工作原理与主要参数天线是一种用于传输与接收无线电波的设备，广泛应用于无线通信、雷达、卫星通信等领域。
天线的工作原理及其主要参数对于无线通信的效果和性能具有重要影响。
一、天线工作原理天线的工作原理基于电磁场的相互作用，它将电能转换为无线电波或者将无线电波转换为电能。
具体地说，天线通过电流的流动形成一个辐射场，这个辐射场会使得电磁波以特定的形式从天线中发射出去，或者是将接收到的无线电波转换为电流。
天线主要通过以下两个过程实现工作原理：1.辐射：当电流通过天线时，它会在天线中产生一个辐射场，即电磁场。
这个辐射场会按照天线的几何形状和电流的强弱，以特定的形式从天线中发射出去。
这个过程是将电能转换为无线电波的过程。
2.接收：当无线电波通过天线时，它会激发天线中的电磁场，使其产生感应电流。
这个感应电流会被送到接收器中进一步处理，从而将无线电波转换为电能。
这个过程是将无线电波转换为电能的过程。
二、天线的主要参数天线的性能和特点可以通过以下主要参数来衡量和描述：1.频率：天线可以工作的频率范围。
不同频率的天线会有不同的结构和特性。
常见的频率包括低频、中频、高频、超高频和甚高频等。
2.增益：天线辐射或接收信号能力的衡量，是指天线辐射功率或接收灵敏度相对于参考天线（如全向辐射器）的相对值。
增益值越大，表明天线转换能力越好。
3.方向性：即天线辐射或接收信号的主导方向。
具有方向性的天线可以将信号辐射或接收更集中，提高通信距离和工作性能。
4.谐振频率：天线的共振频率，通常与操作频率相同。
在该频率下，天线性能最佳，将最大限度地转换信号。
5.阻抗：天线内部电流与电压之间的相对比例。
阻抗匹配对于电磁波的传输至关重要，它决定了天线与信号源或接收器之间的能量传输效率。
6.波束宽度：天线辐射或接收信号的有效立体角范围。
波束宽度越小，表明天线的方向性越强。
7.驻波比：反映天线传输线的阻抗匹配程度，即天线输入端的阻抗与信号源或接收器之间的阻抗之间的比值。
圆极化基本理论
毫米波圆极化微带天线的研究圆极化波的产生：微带天线中存在何种模式完全取决于贴片的形状和激励模型,当馈电点位于贴片的对角线上时,天线中可以同时维持乃订。
和刀怀。
模,两种主模同相且极化正交,结果导致辐射波的极化方向与馈电点所在对角线平行,单点馈电的准方形贴片、方形切角贴片和四周切有缝隙的方形贴片天线等均可以辐射圆极化波。
用微带天线产生圆极化波的关键是产生两个方向正交的,幅度相等的,相位相差”的线极化波。
当前用微带天线实现圆极化辐射主要有几种方法一点馈电的单片圆极化微带天线正交馈电的单片圆极化微带天线由曲线微带构成的宽频带圆极化微带天线微带天线阵构成的圆极化微带天线等等。
圆极化波的性质：根据天线辐射的电磁波是线极化或圆极化,相应的天线称为线极化天线或圆极化天线。
圆极化波具有以下的性质〕（1）圆极化波是一个等幅的瞬时旋转场。
即沿其传播方向看去,波的瞬时电场矢量的端点轨迹时一个圆。
若瞬时电场矢量沿产波方向按左手螺旋的方向旋转,称之为左旋圆极化波,记为LCP(Left-Hand Circular Polarization);若沿传播方向按右手螺旋旋转,称之为右旋圆极化波,记RCP(Right-Hand Circular Polarization),（2）一个圆极化波可以分解为两个在空间上和在时间上均正交的等幅线极化波。
由此,实现圆极化天线的基本原理就是产生两个空间上正交的线极化电场分量,并使二者振幅相等,相位相差度。
（3）任意极化波可以分解为两个旋向相反的圆极化波。
作为特例,一个线极化波可以分解为两个旋向相反、振幅相等的圆极化波。
因此,任意极化的来波都可由圆极化天线收到反之,圆极化天线辐射的圆极化波也可以由任意极化的天线收到。
这正是在电子侦察和干扰等应用中普通采用圆极化波的原因。
（4）天线若辐射左旋圆极化波,则只接受左旋圆极化波而不接收右旋圆极化波反之,若天线辐射右旋圆极化波,则只接收右旋圆极化波。
这称为圆极化天线的旋向正交性。
16-圆极化天线 天线原理
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GPS卫星
Research Institute of Antennas & RF Techniques School of Electronic & Information Engineering
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四臂螺旋天线方向图
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适当选择螺旋参数，使A1=A2，则四臂螺旋的总 辐射场为
E E12 E34 Ae jkr (1 cos )e j E E12 E34 Ae jkr (1 cos )e j(90)
显然，满足圆极化天线的条件。
四臂螺旋天线的方向图为一心脏形波束，辐射最 大指向于天线轴向(=0o)，且与无关，具有十分 优良的圆对称性，即使在低仰角区四臂螺旋天线 仍可达到卫星定位导航对天线增益要求。
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在空间域，电场在任一时刻在空间所形成的螺线 的旋向，正好与时间域定义的圆极化波随时间的 旋向是相反的。
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因此，实现圆极化天线的方式可以有两类： （1）环形电流 （2）两个正交放置的线电流，只要两个线电流等 幅、 相位差900 。
实现相位差900可以通过双馈电结构实现，也可以 通过单馈电自相移结构实现。
最常用的圆极化天线是单绕轴向模螺旋天线，前 面已有介绍。
圆极化全向天线技术概要
圆极化全向天线技术概要概述圆极化全向天线是一种用于无线通信系统中的天线，能够同时接收和发送不同极化方向（如水平和垂直方向）的信号。
这种天线的特点是能够覆盖全向性的接收和发送，无需调整天线方向就能够实现信号的传输。
原理圆极化全向天线的原理是将线性极化信号转换为圆极化信号。
线性极化信号的振动方向只能沿着一条直线，而圆极化信号的振动方向则以螺旋状沿信号传播方向旋转。
圆极化全向天线使用两个正交方向的振荡器（如水平和垂直方向）来生成线性极化信号，然后将这些信号合成为一个圆极化信号。
这种合成的方法被称为“相位差线圈法”，通过将两个正交方向的振荡器的输出信号的相位差保持在90度，就可以生成圆极化信号。
应用圆极化全向天线的主要应用领域是无线通信系统，包括：1. 无线电视圆极化全向天线可以在不需要调整方向的情况下接收电视信号。
这种天线被广泛应用于住宅和商业建筑的电视接收系统中。
2. 无线电信在无线电信系统中，圆极化全向天线可以实现全向性接收和发送信号。
这种天线被广泛应用于无线电信网络、航空和航海通信系统等领域。
3. 无线局域网在无线局域网系统中，圆极化全向天线可以提高数据传输的稳定性和可靠性。
这种天线被广泛应用于企业、学校和酒店等场所的无线局域网系统中。
优缺点圆极化全向天线的优点包括：•全向性：圆极化全向天线可以实现全向性接收和发送信号。
•稳定性：圆极化全向天线的输出信号稳定，不受天线方向和极化方向影响。
•简便：圆极化全向天线不需要调整天线方向就能够实现信号的传输。
圆极化全向天线的缺点包括：•复杂性：圆极化全向天线需要两个正交方向的振荡器，相比于普通天线来说更为复杂。
•成本：圆极化全向天线的制造成本相比于普通天线较高。
圆极化全向天线是一种用于无线通信系统中的天线，能够实现全向性接收和发送信号，具有稳定性和简便性等优点。
但该种天线制造成本较高，需要两个正交方向的振荡器，相比于普通天线来说更为复杂。
不过，由于其在无线电视、无线电信和无线局域网系统中的应用广泛，在未来的发展中仍具有很大的市场前景。
不同天线类型的极化原理
不同天线类型的极化原理一、引言无线通讯技术的快速发展使得通信系统对天线性能的需求越来越高，天线的极化类型在此背景下显得尤为关键。
天线的极化类型主要包括线极化和圆极化两种类型。
线极化又可分为垂直极化和水平极化。
不同的极化类型在不同的应用场景下具有不同的优势和劣势。
本文将分别阐述线极化和圆极化的原理和应用场景。
二、线极化线极化是一种较为常见的天线极化类型，也是目前应用最广泛的一种。
线极化分为两种类型：垂直极化和水平极化。
1.垂直极化原理垂直极化是指电磁波在空间中的电场矢量垂直于地面的一种天线极化类型。
一般电视、电台和移动通信系统中的基站都采用垂直极化，因为这种极化在水平面上传输距离更远和相对稳定。
图1 垂直极化在图1中，发射天线所产生的电磁场垂直于天线的方向，也就是垂直于地面。
在接收端，接收天线所接收到的信号的电场矢量也应该是垂直于地面的。
2.水平极化原理水平极化是指电磁波在空间中的电场矢量平行于地面的一种天线极化类型。
一般无线麦克风、雷达和天空信号接收器等应用采用水平极化。
图2 水平极化在图2中，发射天线所产生的电磁场平行于天线的方向，也就是平行于地面。
在接收端，接收天线所接收到的信号的电场矢量也应该是平行于地面的。
三、圆极化除了线极化外，还有一种天线极化类型为圆极化。
圆极化是指电磁波在空间中的电场矢量作圆形运动的一种天线极化类型。
图3 左旋和右旋圆极化1.左旋圆极化和右旋圆极化圆极化分为两种类型：左旋圆极化和右旋圆极化。
其交替变化的次数每秒要达到一定的频率才能实现，这个频率叫做圆极化频率。
圆极化常用于卫星通信、无线电监测设备以及CT扫描仪等医疗设备中。
在图3中，左旋圆极化的电场矢量沿着逆时针方向旋转；右旋圆极化的电场矢量沿着顺时针方向旋转。
在通信过程中，若发射端以右旋圆极化方式工作，那么接收端必须使用左旋圆极化天线才能收到数据。
同样地，若发射端以左旋圆极化方式工作，那么接收端必须使用右旋圆极化天线才能收到数据。
圆极化微带天线的设计及研究
摘要微带天线具有体积小，重量轻，低剖面，制造成本低，易于批量生产，易于和微带线路集成等特点，能得到单方向的宽瓣方向图，易于实现双频段、双极化等多功能工作。
这些优点使得微带天线在大约100MHz～100GHz宽广频域上，广泛应用于包括卫星通信、雷达、遥感、制导武器以及便携式无线电设备。
论文首先回顾了微带天线的发展史，介绍了它的结构、优缺点及应用，然后给出了微带天线的几种分析方法，包括传输线法，空腔模型法，积分方程法等，并介绍了微带天线圆极化的原理和实现方法以及微带天线的馈电方式。
然后在Ansoft HFSS中创建了一个单馈圆极化微带天线和双馈圆极化微带天线，分析了S11和VSWR参数，画出了方向图。
为了实现圆极化，进行了轴比的优化仿真，达到了较为理想的结果。
关键词：微带天线、圆极化、轴比AbstractThe microstrip antennas has the volume to be small, the weight is light, the low section plane, the production cost is low, easy volume production, easy and characteristics and so on microstrip line integration, can obtain the single direction wide petal directional diagram, easy to realize, the double polarization dual range and so on multi-purpose work. These merits cause the microstrip antennas in approximately the 100MHz-100GHz broad frequency range, widely applies in includes the satellite communication, the radar, the remote sensing, the guided weapon as well as the portable wireless apparatus.The paper first reviewed microstrip antennas's history, introduced its structure, the good and bad points and the application, then have given microstrip antennas's several analysis method, including the transmission long-base method, the cavity modeling, the integral equation law and so on, and introduced the microstrip antennas circular polarization's principle and realizes the method as well as microstrip antennas's feed method. Then AnSoft Hfss in the creation of a single-fed circular polarization microstrip antenna and double-fed circular polarization microstrip antenna and double-fed circular polarization microstrip antenna, the analysis of the S11 and VSWR parameters, to draw a pattern. In order to achieve circular polarization, the axis carried on the optimization simulation, to a more satisfactory results.Key words：microstrip antenna；circular polarization; axial ratio目录摘要 (I)ABSTRACT (II)目录 (III)第一章绪论 (1)§1.1微带天线的发展 (1)§1.2微带天线的定义和结构 (1)§1.3微带天线的优缺点 (2)§1.4微带天线的应用 (3)第二章微带天线的原理技术 (4)§2.1微带天线的辐射机理 (4)§2.2微带天线的分析方法 (5)§2.2.1传输线模型法 (5)§2.2.2空腔模型法 (8)§2.2.3积分方程法 (8)§2.3微带天线的馈电方法 (9)§2.4微带天线圆极化技术 (10)§2.4.1圆极化天线的原理 (10)§2.4.2圆极化实现技术 (11)§2.5其他形式的微带天线 (15)第三章圆极化微带天线的仿真与优化 (19)§3.1A NSOFT HFSS高频仿真软件的介绍 (19)§3.2圆极化微带天线的仿真优化 (19)§3.2.1圆极化微带天线的仿真设计 (19)§3.2.2天线轴比的优化 (22)第四章双馈圆极化微带天线的设计 (25)§4.1两路微带等功率分配器的设计与仿真 (25)§4.2双馈圆极化微带天线的仿真分析 (29)§4.2.1创建天线模型 (29)§4.2.2 优化天线模型 (33)致谢 (37)参考文献 (37)第一章绪论§1.1微带天线的发展微带天线的概念早在1953年就已经提出了，但并未引起工程界的重视。
宽带圆极化天线设计探究
宽带圆极化天线设计探究摘要：圆极化天线相比于线极化天线具有减少极化不匹配、降低多径干扰和遏抑法拉第旋转效应等优点，因此，本文旨在对低剖面宽带圆极化天线进行研究，以满足先进移动通信和卫星通信等系统的需求，该研究具备广阔的应用前景。
关键词：宽带圆极化；天线设计；1 宽带圆极化天线优势分析1.1圆极化天线可以有效降低多径干扰效应带来的影响在电磁波的传播路径中，除了空气之外还存在大型建筑、地面和高山等物体，当电磁波遇到这些物体后会发生反射和透射等现象，电磁波的强度、方向和极化等属性可能会发生一定的改变。
这些电磁波的变化都会对无线通信系统的传输质量造成一定的影响，使信息的有效传递面对极大的挑战，相对于线极化天线，圆极化天线可以很好的应对这些挑战。
1.2圆极化天线可以有效降低法拉第效应带来的影响在卫星通信中，当电磁波穿过电离层时，电离层中离子化的带状区域会使电磁波的极化角度发生偏转，对低频工作的电磁波影响尤为明显。
这种极化角度的偏转对线极化电磁波的影响是巨大的，很有可能导致线极化的接收天线无法有效的接收信号，而圆极化电磁波由于其自身具有自旋方向的原因，可以极大的减少法拉第效应对其的影响。
1.3 圆极化天线可以有效的应对极化失配现象以提高信号质量在天线装配过程中，线极化天线需要严格的进行固定角度的装配，而圆极化天线在装配过程中，发射天线和接收天线之间不需要严格的按照角度进行装配。
这是因为线极化天线如果没有按照固定角度进行装配时，天线工作过程中会出现极化失配的现象，导致信号质量变差甚至无法接收信号，而圆极化天线由于其具有自旋的特点，则不需要特别担心这个问题。
圆极化天线可以有效的应对极化失配现象以提高信号质量。
因为圆极化电磁波可以分解为两个相互正交的线极化波（振幅相同，相位正交），即圆极化电磁波可以由两个相互正交的线极化波组成。
因此，圆极化天线可以有效的对线极化电磁波进行接收，从而在一定程度上减弱天气和多径反射等干扰，广泛的应用于雷达和卫星等通信系统中。
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圆极化天线优点
圆极化波的重要性质： 圆极化波是一等幅旋转场，它可分解为两正 交等幅、相位相差90度的线极化波； 辐射左（右）旋圆极化波的天线，只能接收 左（右）旋圆极化波； 当圆极化波照射到某一物体时，其反射波旋 向倒转，即入射波与反射波的旋向相反。
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在空间域，电场在任一时刻在空间所形成的螺线 的旋向，正好与时间域定义的圆极化波随时间的 旋向是相反的。
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AR OA OB
1 2
1 2
Ex2 Ey2 Ex2 Ey2
Ex4 Ey4 2Ex2Ey2 cos(2) 1/ 2 Ex4 Ey4 2Ex2Ey2 cos(2) 1/ 2
1/ 2
1/ 2
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P29
欧盟GIOVE卫星
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终端多制式相兼容要求：天线宽带、多频工作
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South China University of Technolog j900 0
z2
左旋圆极化
t3 t2 t1 t4 z1
t1 t2 t3
t4
左旋 z2 螺旋线
右旋圆极化
z1
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水平（信号强）
垂直（信号微弱 以至接收不到）
接收用偶极子（所 有方向信号都强）
水平极化场
垂直极化天线不
接收水平极化天
线发射的信号，
反之亦然。
水平发射天线
但圆极化信号可 以被各种线极化
圆极化场
天线所接收。
故侦察和干扰中
普遍采用圆极化
天线。
圆极化发射天线
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实际应用中理想的圆极化波很难实现，通常都是椭 圆极化波。因此，圆极化天线有一个衡量圆极化特 性的特殊指标：轴比（AR），即极化椭圆的长轴 和短轴之比。
圆极化：轴比为1。 椭圆极化：轴比大于1。 轴比越大，圆极化性能越差。
轴比定义
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四线螺旋天线可以看成是 由两个空间正交，相差90o 馈电的双线螺旋组成。以 半波长、半匝的双线螺旋 天线为例，根据环形偶极 子模型，1、2单元形成的 双线螺旋的空间辐射场为
E12 A1e jkr ( cos j sin cos ) E12 A1e jkr (sin cos j cos)
采用圆极化波可以减小反射信号的影响
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发射天线
右旋
右旋 右旋
左旋 右旋
水平极化天线 右旋圆极化天线
碰到障碍物后，右旋圆极化信号变成左旋圆极化 信号，因而不被右旋圆极化天线接收。应用于移 动通信时能抑制雨雾干扰和抗多径反射。
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由于两个正交场（一个水平，一个垂直）中每 个场的功率都与原来的水平信号相同，因而， 圆极化波的穿透能力较好。
由于功率加倍而使边缘区覆盖大约有3dB量级的 改善，相当于计算覆盖范围增加5-8公里。
圆极化天线在通信、雷达、电子对抗和电子侦 察以及广播电视等方面有着重要的应用。
3、4单元形成的双线螺旋 的空间辐射场为
E34 A2e j(kr / 2) (sin j cos cos ) E34 A2e j(kr / 2) (cos cos j sin )
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16.2 圆极化天线机理
我们已经知道实现圆极化 的条件：等幅、正交、相 位差900的两个线极化波。
四臂螺旋天线方向图
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圆极化天线可以接收任何线极化的来波。
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接收天线
天线 Antennas
第16讲 圆极化天线
褚庆昕
华南理工大学电子与信息学院 天线与射频技术研究所 qxchu@
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第16 讲内容
引言 圆极化天线的机理 四臂螺旋天线 微带圆极化天线
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圆极化波电场矢量的空间分布
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传播 方向
z4
t z x 左旋， t z x t z4i t1i z1 左旋 t z4i t1i z1 右旋
i 0,1, 2,3
t
t
z3
右旋 z3
传播 方向
z4
右旋 螺旋线
四线螺旋天线可近似认为一理想点源，空间相位 分布十分均匀。
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GPS卫星
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t增加，z固定 y
Ey
E
在时间域，即在与传播方 向正交的任一平面上，圆 极化波的电场随时间的旋 转方向总是向着相位滞后 的一方旋转。与传播方向 构成右（左）手螺旋关系 的波，称为右（左）旋圆 极化波。
Ex
x
Exm Eym
y x / 2
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16.1引言
卫星导航产业的兴起加速了圆极化天线的发展。
GPS全球定位系统（美国）
全球主要 卫星导航 定位系统
伽得略卫星导航系统（欧盟）
GLONASS系统（俄罗斯）
北斗导航定位系统（CNSS）
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16.3 四臂螺旋天线