文 献 综 述
1.1背景介绍
随着现代无线通信技术的迅速发展, 具有小型化、宽频带、低成本、易制作等特性的天线已经成为现代无线通信系统中最重要的电路组成器件之一, 并引起了人们的广泛关注。本文就一种具有紧凑型尺寸和宽频带特性的全向圆极化天线作出了相关研究。
1.2国内外研究现状
1.2.1紧凑型全向圆极化天线研究现状
全向圆极化天线的全向辐射特性使得其在无线通信领域中有着广泛的应用。天线的全向性是指天线可以在水平面上实现360°全面覆盖，而圆极化波则可以抑制周围物体及地面反射波引起的多径效应。目前关于全向圆极化天线已经有众多研究报道。如螺旋直径和螺距满足特定关系的法向模螺旋天线[1]，但是它们在馈电时通常都需要复杂的匹配网络；利用交叉平行双线来馈电的螺旋天线[2]，则不需要额外的匹配网络。另外一个比较好的设计[3]是采用四个定向辐射的宽带圆极化矩形环单元中心对称排列在水平面圆周上，再通过宽带巴伦进行馈电。此天线可以实现较宽的阻抗带宽，但是其圆极化特性并不好。
此外还有一些低剖面的设计，它们都是采用两个辐射体来分别产生水平和垂直极化分量，只要两个分量的相位差为90°，幅度相等，就能产生比较好的圆极化波。在文献[4]中，一个为2.4-GHzWLAN设计的全向圆极化天线采用了一个顶端加载的单极子和四个弯折成半圆形状的水平放置的偶极子来分别产生垂直和水平极化分量。两个分量之间90°相位差通过调节对水平偶极子馈电的馈线的长度来得到，而相等的幅度则是通过调整单极子的高度和水平偶极子的长度来实现。此天线的带宽为 4.49%(2.395～2.505GHz)，刚好可以覆盖2.4-GHzWLAN 频段。然而天线的尺寸(0.5lambda;0times;0.5lambda;0times;0.08lambda;0)并不很紧凑。文献[5]采用了一个零阶谐振(ZOR)的混合左右手传输线结构以及与之相连的四段弧型金属线来产生水平极化分量和垂直极化分量， 90°相位差由零阶谐振器自身产生。此天线可以直接印刷在PCB上，大小仅为0.288lambda;0times;0.288lambda;0times;0.016lambda;0。然而由于其极小的尺寸（尤其是厚度），其相对带宽仅为0.539%，这对于绝大多数的应用来说都是不够的。 文献[6]已经报道了一种利用四个弯折单极子构造的 全向圆极化天线并且推导了辐射远场，证明了该结构辐射电场的水平分量和垂直分量天然具有90°的相位差。该天线结构紧凑，尺寸仅为lambda;0/5times;lambda;0/5times;lambda;0/13，却具有3.56%的相对带宽(|S11|le; -10dB且ARle;3dB)。然而由于其地板太小导致会有不平衡电流流向同轴馈线的外导体，在实际应用中需要加入一个四分之一波长扼流套或铁氧体等来抑制不平衡电流，这将会导致天线尺寸增加。 在文献[6]的基础上将辐射体由弯折单极子改进为弯折偶极子，同时采用一种印刷巴伦对偶极子进行馈电，并结合四分之一波长阻抗变换线实现阻抗匹配。该天线直接用同轴馈线从中心馈电，结构紧凑，电尺寸仅为 0.35lambda;0times;0.35lambda;0times;0.17lambda;0，却具有9.8%的带宽(|S11|le; -10dB 且ARle; 3dB)。
文献[7]设计了一款紧凑型的全向圆极化天线，该天线由分别朝向四个正交方向的弯折偶极子和相应的馈电网络组成。弯折偶极子的水平和垂直结构部分分别产生水平和垂直极化分量的辐射电场。天线的结构保证了这两个分量之间90度的相位差，因此只需调节弯折偶极子水平和垂直部分的长度比使得两个分量幅值相等即可得到很好的圆极化波。该天线不仅结构紧凑，易于加工，且有很好的全向圆极化特性。
1.1.2宽带圆极化微带天线研究现状
从微带天线的概念提出以来,由于它剖面薄,重量轻,可与载体共形,易与有源器件集成等优点,已经被广泛地应用于卫星通信、导航等领域尤其是圆极化微带天线具有一些显著的优点[8]:任意极化的来波都可以由圆极化天线接收,相应地，圆极化天线辐射的圆极化来波也可以由任意极化的天线接收;圆极化天线具有旋向正交性,圆极化波入射到对称目标反射波变为反旋向等等。正是由于这些特性使圆极化天线具有较强的抗干扰能力,已经被广泛地应用于电子侦察和干扰、通信和雷达的极化分集工作以及电子对抗等领域 。然而,传统的圆极化微带天线, 圆极化带宽较窄,一般的单层单点馈电圆极化天线3dB轴比带宽只有3%左右, 尽管利用3d电桥两点馈电可以拓展带宽[9], 但在圆极化天线阵的应用上结构复杂。文献[10]和[11]中分别介绍了单点馈电方形圆极化贴片天线和单点馈电环形圆极化天线, 文献[12][13][14]分别介绍了四点馈电单贴片圆极化天线和四个线极化元实现圆极化以及共面波导馈电圆极化天线, 尽管它们的3d轴比带宽都有不同程度的展宽, 但因为都存在馈电结构复杂的缺点, 仍然不适用于阵列天线中。
