新型宽带宽波束圆极化卫星导航终端天线的设计与实现*

李 霞，孙国莉，李 勋

(天津航天中为数据系统科技有限公司·天津·300301)

0 引 言

圆极化天线凭借其接收卫星信号时具有抗雨雾和抗多径干扰的特性，受电离层法拉第旋转效应的影响较小，由载体姿态变化引起的极化失配损耗小等优点，被广泛应用于卫星通信领域。GPS导航、测距和远程遥感等应用，需要天线在整个上半空域具有近似一致的响应，并具有较高的低仰角增益，以补偿该区域较大的自由空间损耗[1]。同时，需满足采用单天线覆盖卫星通信、GNSS和移动通信等多个系统应用的需求，促使宽频带宽波束圆极化天线的研究具有重要的工程应用价值[2-5]。

研究表明，采用多臂螺旋天线[6]、折尾十字交叉振子天线和基于超表面[7]等形式可实现宽圆极化波束宽度设计，但工作频带难以满足宽带应用需求；通过利用交叉偶极子天线的演变形式[8]以及在其基础上增加寄生单元的方法[9-11]，可有效展宽轴比(Axial Ratio, AR)小于3dB的工作频带，但圆极化波束宽度有待展宽；文献[12]提出了利用磁偶极子与电偶极子方向图互补叠加原理实现宽频带宽波束设计的方法，但该形式的磁电偶极子实现圆极化馈电的结构复杂，工程适用性不足。文献[13-14]采用正交移相网络对磁偶极子加载的电偶极子进行了馈电，分别利用矩形背腔、波纹边缘矩形背腔展宽了圆极化波束宽度，实现了26.7%和45.3%的轴比AR<3dB的带宽。同时，在26.7%和19.5%的带宽内，圆极化波束宽度达到了165°。基于上述文献采用的设计方案，本文采用正交移相馈电网络对双面印刷的正交偶极子天线进行了激励，实现了天线的圆极化辐射设计。同时，利用磁偶极子对电偶极子耦合加载的方式，使天线轴比小于3dB的带宽达到了29.5%，使AR<3dB的波束宽度大于180°，实现了天线宽频带宽角域圆极化辐射的设计。

1 设计方案

根据圆极化波的基本理论，两个相互正交、振幅相等、相位相差90°的线极化波可以合成一个圆极化波。……