16-圆极化天线 天线原理介绍
察以及广播电视等方面有着重要的应用。
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16.2 圆极化天线机理
我们已经知道实现圆极化
y t增加，z固定
的条件：等幅、正交、相 位差900的两个线极化波。 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。
Hale Waihona Puke GPS卫星South China University of Technology
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P29
欧盟GIOVE卫星
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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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北斗开放频段： GPS开放频段： L1：1575.42 MHz 上行：1610-1626.5 MHz 下行：2483.5-2500 MHz L2：1227.6 MHz L5：1176.45 MHz 卫星导航终端手持应用要求——天线小型化
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由于两个正交场（一个水平，一个垂直）中每
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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
接收天线 水平（信号强）
垂直极化天线不
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 水平发射天线
圆极化场
接收水平极化天 线发射的信号， 反之亦然。 但圆极化信号可 以被各种线极化 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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Ey
E
Ex
x
Exm Eym
y x / 2
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圆极化天线优点
圆极化波的重要性质：
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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。
16.1引言
卫星导航产业的兴起加速了圆极化天线的发展。
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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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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 水平极化天线
右旋
右旋
右旋
左旋 右旋
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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第16 讲内容
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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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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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终端多制式相兼容要求：天线宽带、多频工作
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在空间域，电场在任一时刻在空间所形成的螺线
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。
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。
设计4：圆极化微带天线设计.
查看输入阻抗和馈电位置的关系
添加L1的参扫：范围7.4mm~9mm，间隔0.2mm
分析结果：①输入阻抗随L1的变大而变大 ；
②当L1=8.8mm时，输入阻抗约为50Ω
优化分析
名称
符号 L1
范围 8mm~9mm 44mm~45mm Freq=1.575GHz Theta=0 Phi=0 Freq=1.575GHz
L=W=Lc=46.1mm
设置微调长度a=0.0143Lc
② 估算输入阻抗50Ω的同轴馈电点位置：
x，y方向距贴片中心均为L1=0.15L=6.9mm
③ 使用HFSS仿真参数和优化功能给出谐振频率为1.575GHz贴片
天线的实际尺寸和实际馈电位置
④ 使用HFSS优化功能求的满足下列要求的贴片尺寸和馈电位置：
单馈电圆极化天线实现原理
右旋圆极 化馈电点
dp W=Lc-a
Kalio和Carver Coffey研究 证明，理论上当L/W=1.029 即a=0.0142LC时，TM01和 TM10两个模式的相位差为90o
d
左旋圆极 dp 化馈电点
y x h
L=Lc+a FR4 Epoxy
由实际经验可以得到，此种结构的50Ω馈电点位于贴片对角线 上，且馈电点和辐射贴片顶点的距离dp在（0.35~0.39）d之间。
S11 <-20dB，轴比小于1dB
单馈电圆极化天线HFSS仿真
① 将设计3的设计文件Dual_Patch.hfss改为CP_Patch.hfss并保存
② 添加并修改设计变量
③ 修改端口位置：选中Port和Feed
H L0 W0 L1 Length L2 Lc
1.6mm Lc-Delta Lc+Delta 6.9mm 50mm L1 46.1mm 0.0143*Lc
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。
（完整word版）天线基本原理
（完整word版）天线基本原理第⼀讲天线基本原理⼀、天线的基本概念1．天线的作⽤在任何⽆线电通信设备中，总存在⼀个向空间辐射电磁能量和从空间接收电磁能量的装置，这个装置就是天线。
天线的作⽤就是将调制到射频频率的数字信号或模拟信号发射到空间⽆线信道，或从空间⽆线信道接收调制在射频频率上的数字或模拟信号。
2．天线问题的实质从电磁场理论出发，天线问题实质上就是研究天线所产⽣的空间电磁场分布，以及由空间电磁场分布所决定的电特性。
空间任何⼀点的电磁场满⾜电磁场⽅程——麦克斯韦⽅程及其边界条件。
因此，天线问题是时变电磁场问题的⼀种特殊形式。
从信号系统的⾓度出发，天线问题可以理解为考察由⼀个电磁波激励源产⽣的电磁响应特性。
从通信系统的⾓度出发，天线可以理解为信号发射和接收器，收发天线之间的⽆线电信号强度满⾜通道传输⽅程和多径衰落特性。
3．对天线结构的概念理解采⽤不同的模型，对天线可以有不同的理解。
典型的模型⽐如：●开放的电容[思考] 野外电台或电视发射塔，⽆线电视或电台接收机，为什么能构成⼀个天线，其电流回路在什么地⽅？●开放的传输线从传输线理论理解，天线可以看做是将终端开路的传输线终端掰开。
●TM mn型波导将天线辐射看做是在4π空间管道中传输的波导，则对应的传输波型是TM型波，但在传输过程中不断遇到波导的不连续性，因此不断激励⾼次模。
由电磁波源和电磁波传输媒质形成电磁波传输的机构波的形成都需要波源和传输媒质。
在⼀盆⽔中形成机械波纹，可以使⽤点激励源产⽣波，并在⽔⾯上传播。
波的传播特性只与媒质特性有关⽽与波源⽆关。
将⼀个⾁包⼦扔出去，这个⾁包⼦可能产⽣不同的结果，或者被狗吃了，或者掉在什么地⽅了，都与扔包⼦的⼈不再有任何关系。
⽽对天线来说，馈点的激励源就是这种波源，天线导体和外界空间就是传输媒质。
不过电磁波的传输媒质可以是真空。
[思考] 电磁波具有波粒⼆象性。
频率越低，波动性越强；频率越⾼，粒⼦性越强。
所以光波主要表现出粒⼦性，⽽长波表现出波动性。
天线原理
天线原理学习总结通过这学期对天线原理的学习，对天线有了更深层次的认识。
在无线电技术设备中，用来辐射和接受无线电波的装置称为天线。
天线和发射机、接收机一样，也是无线电技术设备的一个重要组成部分。
下面来说一下我对天线的基本认识。
一、电磁波的传播电磁波是一种能量，生活中有许多不同类型的电磁波，包括无线电波、红外线、光线，还有X 射线和伽马射线等。
变化的电场和变化的磁场构成了一个不可分离的统一的场，这就是电磁场，而变化的电磁场在空间的传播形成了电磁波。
电磁波是由电场和磁场组成的。
二、极化极化是指天线辐射时形成的电场强度方向。
垂直极化：电场强度方向垂直于地面水平极化：电场强度方向平行于地面移动通信中一般采用垂直极化方式。
由于电波的特性，决定了水平极化传播的信号在贴近地面时会在大地表面产生极化电流，极化电流因受大地阻抗影响产生热能而使电场信号迅速衰减。
而垂直极化方式则不易产生极化电流，从而避免了能量的大幅衰减，保证了信号的有效传播。
把垂直极化和水平极化两种极化的天线组合在一起，或者， 把 +45° 极化和 -45° 极化两种极化的天线组合在一起，就构成了一种新的天线---双极化天线。
三、方向图天线的辐射电磁场在固定距离上随角坐标分布的图形，称为方向图。
用辐射场强表示的称为场强方向图，用功率密度表示的称之功率方向图，用相位表示的称为相位方向图。
天线方向图是空间立体图形，但是通常应用的是两个互相垂直的主平面內的方向图，称为平面方向图。
在线性天线中，由于地面影响较大，都采用垂直面和水平面作为主平面。
在面型天线中，则采用E 平面和H 平面作为两个主平面。
归一化方向图取最大值为一。
在方向图中，包含所需最大辐射方向的辐射波瓣叫天线主波瓣，也称天线波束。
主瓣之外的波瓣叫副瓣或旁瓣或边瓣，与主瓣相反方向上的旁瓣叫后瓣。
四、天线的电参数 1.天线效率定义为天线辐射功率与输入功率之比, 记为ηA ， 即式中, Pi 为输入功率；Pl 2.增益系数是综合衡量天线能量转换和方向特性的参数, 它是方向系数与天1P P P P P i A +==∑∑∑η线效率的乘积, 记为G, 即G=D·ηA由上式可见: 天线方向系数和效率愈高, 则增益系数愈高。
2.单点馈电圆极化微带天线的实现原理。
一、概述微带天线是目前应用非常广泛的一种天线类型，由于其结构简单、制造成本低以及适应性广泛等特点，因此受到了广泛的关注和应用。
而单点馈电圆极化微带天线作为一种特殊的微带天线，在通信领域中也有着重要的应用。
本文将介绍单点馈电圆极化微带天线的实现原理，以及其在通信领域中的应用。
二、单点馈电圆极化微带天线的基本结构单点馈电圆极化微带天线的基本结构包括：1. 圆形接地板：作为微带天线的基础结构，通常采用金属材料制作，为天线提供接地。
2. 圆环辐射体：圆环辐射体与接地板相连，负责辐射电磁波信号。
3. 电容贴片：负责天线的驻波调谐，使得天线能够在特定频段内工作。
4. 馈电点：馈电点连接天线驻波调谐电路与馈线，将信号输入到天线中。
三、单点馈电圆极化微带天线的实现原理单点馈电圆极化微带天线的实现原理主要包括以下几个方面：1. 圆极化辐射原理：单点馈电圆极化微带天线利用圆环辐射体产生圆极化的辐射场，其工作原理可以通过极化电场和极化磁场在空间中的传播来解释。
2. 驻波调谐原理：通过电容贴片对圆环辐射体进行调谐，使得天线在特定频段内呈现驻波状态，从而能够有效地辐射出电磁波信号。
3. 馈电方式：单点馈电圆极化微带天线采用单点馈电方式，将信号输入到天线中，激发天线的辐射。
四、单点馈电圆极化微带天线的应用单点馈电圆极化微带天线由于其优良的性能特点，在通信领域中得到了广泛的应用，主要包括以下方面：1. 卫星通信：单点馈电圆极化微带天线在卫星通信系统中起着重要作用，其圆极化特性使得天线能够适应卫星通信系统的要求。
2. 无线通信：在无线通信系统中，单点馈电圆极化微带天线也得到了广泛的应用，其结构简单、制造成本低，适用于各种无线通信设备。
3. 射频识别：在射频识别系统中，单点馈电圆极化微带天线也有着重要的应用，其良好的性能特点使得其能够满足射频识别系统对于天线的要求。
五、结论单点馈电圆极化微带天线作为微带天线的一种特殊类型，具有以下特点：圆极化特性明显、结构简单、制造成本低、适应性广泛等特点。
16-圆极化天线 天线原理
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GPS卫星
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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。