16-圆极化天线 天线原理

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圆极化天线优点
圆极化波的重要性质： 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。
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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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AR OA OB
1 2
1 2
Ex2 Ey2 Ex2 Ey2
Ex4 Ey4 2Ex2Ey2 cos(2) 1/ 2 Ex4 Ey4 2Ex2Ey2 cos(2) 1/ 2
1/ 2
1/ 2
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P29
欧盟GIOVE卫星
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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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South China University of Technolog j900 0
z2
左旋圆极化
t3 t2 t1 t4 z1
t1 t2 t3
t4
左旋 z2 螺旋线
右旋圆极化
z1
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水平（信号强）
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
垂直极化天线不
接收水平极化天
线发射的信号，
反之亦然。
水平发射天线
但圆极化信号可 以被各种线极化
圆极化场
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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实际应用中理想的圆极化波很难实现，通常都是椭 圆极化波。因此，圆极化天线有一个衡量圆极化特 性的特殊指标：轴比（AR），即极化椭圆的长轴 和短轴之比。
圆极化：轴比为1。 椭圆极化：轴比大于1。 轴比越大，圆极化性能越差。
轴比定义
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四线螺旋天线可以看成是 由两个空间正交，相差90o 馈电的双线螺旋组成。以 半波长、半匝的双线螺旋 天线为例，根据环形偶极 子模型，1、2单元形成的 双线螺旋的空间辐射场为
E12 A1e jkr ( cos j sin cos ) E12 A1e jkr (sin cos j cos)
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
右旋
右旋 右旋
左旋 右旋
水平极化天线 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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由于两个正交场（一个水平，一个垂直）中每 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 察以及广播电视等方面有着重要的应用。
3、4单元形成的双线螺旋 的空间辐射场为
E34 A2e j(kr / 2) (sin j cos cos ) E34 A2e j(kr / 2) (cos cos j sin )
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16.2 圆极化天线机理
我们已经知道实现圆极化 的条件：等幅、正交、相 位差900的两个线极化波。
四臂螺旋天线方向图
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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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接收天线
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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第16 讲内容
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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圆极化波电场矢量的空间分布
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传播 方向
z4
t z x 左旋， t z x t z4i t1i z1 左旋 t z4i t1i z1 右旋
i 0,1, 2,3
t
t
z3
右旋 z3
传播 方向
z4
右旋 螺旋线
四线螺旋天线可近似认为一理想点源，空间相位 分布十分均匀。
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GPS卫星
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t增加，z固定 y
Ey
E
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。
Ex
x
Exm Eym
y x / 2
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16.1引言
卫星导航产业的兴起加速了圆极化天线的发展。
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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16.3 四臂螺旋天线