一种小型化双频圆极化微带天线设计

1 引言

    微带缝隙天线有很多种，而其中之一就是环形微带缝隙天线。一般情况下，它的结构都是比较固定的，即通过在介质基片的接地板上刻蚀出圆环形缝隙，并由微带线在介质基板另一侧对该环形缝隙耦合馈电。环形缝隙天线之所以能够被广泛地应用，得益于同心的环形缝隙阵能够获得一致的定向性且环缝之间耦合较小，所以常用来实现多频天线和组阵。传统的环形缝隙天线辐射的是线极化波，可以通过下式大概的计算出它的谐振频率：

公式1 谐振频率计算公式

    传统的环形缝隙天线产生的是线极化场，若在环缝上引入“分离简并单元”，或是采用等幅相位相差90°的双馈，则也可实现圆极化，这和微带贴片天线是一样的。微带环形缝隙天线的方向图在不添加反射板时是双向辐射的，它比微带贴片天线的带宽更宽，且寄生辐射和表面波激励都不严重。对制造公差的敏感性，微带缝隙天线要比微带贴片天线好很多。

2 双频双圆极化微带缝隙天线的设计

    在前期的设计中，通过采用环形缝隙结构我们成功实现了一个双频圆极化微带天线，该天线在两个频段均为左旋圆极化，而在实际应用中，手机等无线终端设备为了达到减小尺寸这一目标，一般都采用线极化的天线，因为即使采用线极化天线也能满足基本需求。我国现在使用的北斗卫星导航系统，就是一个很成功的范例，并且目前该系统已经开始为别的国家提供服务。

    该系统与GPS等早先建成的几大卫星定位系统的不同之处之一在于它具有短报文通信功能，也就是说，终端设备与卫星之间可以进行双工通信，而GPS等定位系统的终端设备仅仅是一个接受卫星信号的设备。这也使得北斗卫星导航系统的两个工作频段分别仅用于发射和接受信号，即一个是上行频段（1.600~1.616GHz），另一个是下行频段（2.485~2.500GHz）。而且为了进一步降低干扰，两频段的圆极化旋向相反，上行频段采用的是左旋圆极化，而下行频段采用的是右旋圆极化。这就需要设计一种能够实现双频双圆极化的天线，所谓双圆极化就是指在天线两个工作频段上的圆极化旋向相反，旋向相反的双频圆极化天线很难采用双馈的方式实现。本节在前期设计的基础上采用类似的同心环形微带缝隙结构设计了一种可应用于北斗卫星导航系统的双频双圆极化天线，对天线的性能进行了研究和分析，并给出了仿真与测试结果。

    其设计目标如下：

    工作频段：BD1：1.600~1.616GHz BD2：2.485~2.500GHz