使用领结天线元件的高增益双向圆极化阵列，用于在狭窄空间中的应用

【摘要】：本文提出了一种新颖的高增益双向圆极化阵列，该阵列在两侧具有相同旋转方向，适用于狭小空间的应用。该阵列由4个领结天线组成，工作在900MHz频率。4个领结天线被排列成两个线极化端射子阵，它们相互垂直放置，子阵之间的元素间隔为自由空间波长的四分之一。馈电网络采用介电常数为6.0的微带线，使得引导波长等于自由空间波长的一半。仿真结果显示，阻抗带宽（S11 < -10dB）约为12.8%（836-950 MHz），3dB轴向比（AR）带宽（AR < 3dB）约为50%（700-1170 MHz）。主要辐射方向的右旋圆极化（RHCP）增益约为7.3 dBic。 【关键词】：双向阵列；圆极化；领结天线 一、引言 移动通信已经扩展到各种复杂环境，以满足人们对于全范围通信的需求，特别是在受限空间中的通信。天线在无线通信系统中起着关键作用，针对不同的无线应用应选择合适的天线以实现最佳系统性能。具有双向辐射模式的天线适用于许多应用场景，如地铁、铁路隧道或狭窄街道等[1]。高增益的双向天线可以增加通信距离，提高信号质量，尤其在传播条件较差的受限空间中更为重要。 二、双向圆极化阵列设计 本文提出的阵列由4个领结天线组成，这种结构因其紧凑且可提供高效的辐射性能而被广泛使用。领结天线因其独特的形状，能够产生双极化特性，便于实现圆极化。通过将四个天线分为两个线极化子阵，并以90度角布置，可以实现双向辐射。子阵之间的距离设计为自由空间波长的四分之一，这样可以减少相互干扰并优化阵列性能。 三、馈电网络与介电材料 馈电网络采用了介电常数为6.0的微带线，这使得微带线的波长等于自由空间波长的一半，有利于实现紧凑的天线布局和精确的相位控制。这种设计有助于在整个工作频段内保持良好的阻抗匹配和稳定的圆极化特性。 四、性能分析 根据仿真结果，阵列的阻抗带宽达到12.8%，意味着在836-950 MHz的频率范围内，天线反射系数低于-10dB，表现出良好的匹配性能。而3dB轴向比带宽为50%，表明700-1170 MHz内，天线能保持良好的圆极化特性。主辐射方向的右旋圆极化增益为7.3 dBic，这将显著增强在受限空间中的信号覆盖能力。 五、实际应用与前景 这种高增益双向圆极化阵列在地下交通系统、室内覆盖以及任何需要高效双向通信的场合具有广阔的应用前景。其优异的圆极化性能和紧凑的尺寸使其特别适合在空间有限但对通信质量要求高的环境中使用。 六、结论 本文提出的设计提供了一种高效、紧凑的双向圆极化阵列解决方案，特别适用于狭小空间的通信需求。通过优化领结天线的排列和馈电网络设计，实现了宽频带、高增益以及良好的圆极化特性。未来的研究可能会进一步探讨如何在更广泛的频率范围内扩展这些特性，以适应更多的无线通信应用。