圆极化天线交叉极化隔离度与轴比间的关系
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。
圆极化天线轴比
圆极化天线轴比圆极化天线是指天线辐射出的电磁波是旋转方向呈环状的，其特点是在接收和发射信号时不受极化方向的影响。
因此，圆极化天线是当今通信系统中非常重要的一种天线。
在圆极化天线中，天线轴线与电磁波传播方向垂直，在轴向方向上，电磁场则旋转呈圆圈状，呈顺时针方向或逆时针方向转动。
圆极化天线的轴比是一个非常重要的性能指标，它是指天线的输入阻抗的平面波参考阻抗与传输线的输入阻抗的比值。
轴比越小，表示天线转化电磁波能力越好。
轴比是圆极化天线的重要性能指标之一，它直接影响着天线的工作效果和通信质量。
高轴比会导致反射和耦合现象，进而导致天线功率消耗过大，信号接收和发射的效率下降，出现严重的通信故障。
因此，圆极化天线的轴比需要保持在一个较小的范围内，以保证通信系统的正常工作。
在圆极化天线的设计中，轴比是一个需要特别注意的问题。
针对不同的通信系统和应用领域，设计出不同类型的圆极化天线，可以有效地降低轴比，提高天线的性能。
一些常见的降低轴比的方法主要包括以下几方面：1.减小天线输入端的阻抗在设计圆极化天线时，首先需要考虑的是要减小天线输入端的阻抗，以提高天线工作的效率。
因为天线输入端的阻抗越小，就可以有效地减小反射和耦合现象，进而降低轴比。
此时，需要选用低噪声放大器和低损耗的传输线，在电路设计中尽量减小传输线的长度和损耗。
2.优化天线结构在圆极化天线的设计中，还需要优化天线结构，以提高天线的转化电磁波的能力。
通过调整天线结构，可以提高天线的工作效率和接收发射信号的质量。
一些常见的结构优化方法包括优化天线的径向和轴向尺寸，以及采用分布式元件结构，提高天线的频带宽度。
圆极化天线的轴比也与天线所使用的材料有关。
因此，在天线设计中，需要优化天线的材料结构，以提高天线的性能。
通常采用高频率材料和高介电常数材料，可以有效地降低天线的轴比。
此外，还可以通过选择具有高剪切模量和高绝缘性能的材料，来减小传输线和元件的损耗。
总之，圆极化天线的轴比是天线工作的重要性能指标之一，它可以直接影响着天线的通信效果和性能。
Ka波段宽带圆极化微带天线单元及阵列设计
Ka波段宽带圆极化微带天线单元及阵列设计胡志慧;姜永华;李娜;凌祥【摘要】设计了一种基于矩形缝隙耦合的Ka波段圆极化微带天线单元,分析了各参数对轴比特性的影响；为改善天线的轴比带宽和圆极化纯度,采用顺序旋转馈电技术,设计了4×4宽带圆极化微带天线阵列.仿真结果表明,该天线阵列具有良好的宽带特性,其阻抗带宽(S11＜-10dB)达25％ (31.4 ～40.2GHz),轴比带宽(AR ＜3dB)达17％ (31.8 ～37.8GHz).【期刊名称】《弹箭与制导学报》【年(卷),期】2013(033)002【总页数】4页(P129-132)【关键词】宽带圆极化;顺序旋转馈电;矩形缝隙耦合;Ka波段【作者】胡志慧;姜永华;李娜;凌祥【作者单位】海军航空工程学院,山东烟台264001【正文语种】中文【中图分类】TN820 引言Ka波段是毫米波段中的一部分，其微带天线具有体积小、重量轻、剖面薄、易共形、方向性好、探测精度高等优点，已经在通信、导航、制导、引信等方面获得了广泛应用。
然而，在Ka波段，雨雾等空中水凝物对电磁波后向散射形成的雨杂波严重影响了雷达的探测精度。
由于圆极化微带天线可以有效抑制雨杂波干扰和抗多径反射[1]，从而可减弱雨杂波对雷达探测性能的影响，因此，对Ka波段圆极化微带天线的研究有重要意义。
微带天线获得圆极化的基本原理是激起两个幅度相等、极化方式正交的线极化波，其实现方法主要有单馈法及多馈法。
文献[2]采用方形切角微带天线单元研制了毫米波圆极化单脉冲天线阵列，尽管结构简单，但轴比带宽只有1.2%，极化性能也较差;文献[3]研制了Ka波段高增益圆极化微带天线阵列，轴比带宽得到一定提高，达到了5.6%;文献[4]和文献[5]分别采用4层介质耦合馈电和正交 H形口径耦合馈电设计了宽带圆极化微带天线，获得了较宽的阻抗带宽和轴比带宽，但这种天线结构比较复杂，尺寸比较大，不适合阵列天线的应用。
圆极化引信天线设计
圆极化引信天线设计谢卫锋;常树茂;范谨【摘要】设计出一种平面圆形、小尺寸无线电引信用圆极化微带天线.该天线在±60°的扫瞄空间内,天线极化轴比为1.06dB-3.3dB,增益为4.7 dBi.阐述了设计理论和设计方法,给出了这种圆极化天线的具体设计尺寸、仿真天线方向图、极化轴比图和驻波图.%The design of a circularly polarized, small size and flat circular microstrip antenna used to fuze is described. Theoretical analysis and simulation results with HFSS show that the antenna can achieve a maximal gain of 4.7 dBi and polarization axial ratio of 1.1 dB ～ 3.3 dB in the direction of ± 60° scanning space. The results of the simulated and the antenna size are presented.【期刊名称】《科学技术与工程》【年(卷),期】2011(011)016【总页数】4页(P3679-3682)【关键词】引信天线;圆极化;圆形微带天线;仿真【作者】谢卫锋;常树茂;范谨【作者单位】西安机电信息技术研究所,西安710061;西安邮电学院,西安710061;西安邮电学院,西安710061【正文语种】中文【中图分类】TN965.2为保证火炮系统在全天候战场上具有较高的命中率，配备于火炮的无线电引信的探测装置至关重要，而且引信天线必不可少。
若将引信天线的极化方式设计为圆极化，由于水滴对圆极化波的反射是反旋的，而雷达目标对入射的圆极化波产生的反射波是椭圆极化波，两者具有相同的旋向，从而使得圆极化波的抗雨雾能力比线极化波强得多。
天线主要指标
下面表格中黑色字体是天线常规指标，蓝色字体是衡量每个天线厂家，天线产品性能好坏的指标。
下面列出每种天线特有的指标，没有列出是其它天线通用指标。
双极化天线指标：端口隔离度Isolation （dBi）
交叉极化鉴别率Cross Polar Discrimination（dBi）
全向天线指标：不圆度Poattern Ripple （dBi）
赋形天线指标：第一上副瓣抑制：First Upper Sidelobe Level（dBi）
第一下零深填充：第一下零深填充 First Lower Null Fill （dBi）
和常规天线相比增益会降低。
固定电下倾天线指标：电下倾 Electrical Downtilt （0）电下倾天线增益会降低。
Axial Ratio 这种天线在基站天线中很少用。
交叉极化抑制比对单脉冲比幅测向的影响研究
交叉极化抑制比对单脉冲比幅测向的影响研究胡泽宾【摘要】本文以单脉冲幅度比较测向系统为例,通过理论推导和计算机仿真,分析了圆极化天线交叉极化抑制大小对单脉冲测向特性的影响.结果表明:交叉极化会造成测角误差增大,当极化抑制比达到22dB以上,所带来的测向误差小于0.1度.因此,要提高单脉冲测向精度,必须提高圆极化侦察天线的交叉极化抑制比.【期刊名称】《电子世界》【年(卷),期】2018(000)011【总页数】2页(P27-28)【关键词】交叉极化抑制;单脉冲;幅度比较【作者】胡泽宾【作者单位】华东电子工程研究所【正文语种】中文1 引言在电子侦察系统中，为了对任何极化的信号都能接收，侦察天线一般采用圆极化[1]。
实际设计中，圆极化天线的轴比，即交叉极化抑制比δ有一定的取值。
由文献[2]可知，强交叉极化干扰会使单脉冲雷达产生错误的跟踪信息。
对侦察系统而言，如果侦察天线采用右旋圆极化，则左旋圆极化就是其交叉极化。
右旋圆极化对雷达信号的响应是有用信号；左旋圆极化对雷达信号的响应等效为交叉极化干扰信号，反之亦然。
因此，在采用圆极化侦察天线的单脉冲测向系统中，我们不得不考虑交叉极化对测向精度的影响。
单脉冲测向有三种常见的类型：幅度比较即同时波瓣扫描、相位比较即相位干涉仪和这个两种方式的组合形式[3]。
下面以单脉冲幅度比较测向系统为例，分析交叉极化抑制大小对测向精度的影响，为圆极化侦察天线的设计提供依据。
2 单脉冲幅度比较测向原理单脉冲幅度比较测向通过比较重叠的相邻波束上接收到的功率来测量角度，角度误差是由相邻波束内回波信号的幅度差来表示的[3]，原理框图如图1所示。
图1 单脉冲幅度比较测向原理框图假设两天线波束方向性函数F(θ )完全相同，两天线收到的信号幅度为E1、E2，并且到达Σ端保持不变，两波束相对天线轴线偏角为θs /2，则对于θ 方向雷达到达波和信号振幅为：差信号振幅为：幅度比较器的输出为：由式(3)可知，当得到幅度比值u，再带入已知的θs，通过查表就可以求出雷达信号的入射角θ值。
一种宽轴比带宽L频段圆极化贴片天线
一种宽轴比带宽L频段圆极化贴片天线0 引言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，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，其主要的特点体现在以下几个方面：(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。
圆极化微带天线体积小、重量轻、剖面低，并且能与载体共形，除了在馈电点处要开出引线孔外，不破坏载体的机械结构，这对于高速飞行器特别有利。
圆极化天线的基本电参数是最大增益方向上的轴比，轴比不大于3 dB的带宽定义为天线的圆极化带宽。
轴比决定天线的极化效率，同时表征天线极化纯度的交叉极化鉴别率也可由轴比得出。
因此如何表现出好的轴比特性，是圆极化天线设计的难点。
本文提出一种L频段圆极化贴片天线的设计方案，仿真结果表明，该天线的轴比特性优异，显示了天线具有良好的性能。
1 设计方案1．1 设计思想为了改善辐射圆极化的性能，一般采用两点式馈电方式，两个馈电点在空间上呈90°角，使用相位差90°的同幅信号馈电。
可是这种馈电方式所需的功分电路占用了额外空间，增加了插入损耗，从而降低了天线性能。
采用单点馈电方式可以避免两点馈电形式带来的复杂电路要求和额外的插损。
本文提出一种单点馈电天线形式，该天线包含一个方形贴片，采用与贴片对角线平行的一条斜线馈电。
在天线接地面上蚀刻十字交叉缝隙，通过调整两缝隙的长度及长度差，可以使方形贴片出现两个邻近的正交模式频率，并且两频率的中心频点上两种模式相位差为90°，这样就能在中心频率点上激励圆极化场分布。
加缝隙可以实现圆极化、改善天线的耦合度和带宽，但缝隙的双向辐射同时也会增加反向散射，因此设计天线时缝隙的大小相当关键。
双频圆极化微带天线的设计
双频圆极化微带天线的设计本文将探讨双频圆极化微带天线的关键设计因素，包括工作原理、尺寸和性能优化等方面。
我们将确定文章的类型为技术论文，主要面向无线通信领域的工程师和技术人员。
关键词：双频，圆极化，微带天线，设计，工作原理，尺寸，性能优化在无线通信系统中，天线是至关重要的组件之一。
随着通信技术的发展，多频段和圆极化技术已成为现代天线设计的趋势。
其中，双频圆极化微带天线由于其体积小、易共形、低成本等特点而备受。
双频圆极化微带天线的工作原理主要基于微带天线的基本原理。
微带天线由介质基板、辐射贴片和接地板组成。
当电流流过辐射贴片时，就会在贴片周围产生电磁场，从而向外辐射电磁波。
对于双频圆极化微带天线，通常采用多个辐射贴片、缝隙或者耦合器等结构来实现双频段工作。
在尺寸方面，双频圆极化微带天线的设计主要取决于所需的工作频率和天线的性能要求。
一般来说，天线的尺寸会随着工作频率的降低而增大。
因此，在满足性能指标的前提下，应尽量减小天线的尺寸以适应各种应用场景。
在性能优化方面，主要考虑因素包括增益、带宽、轴比、交叉极化等。
通过优化辐射贴片、接地板和介质基板的设计，可以有效地提高天线的性能。
例如，通过采用高介电常数的介质基板可以有效减小天线的尺寸；通过优化辐射贴片的形状和大小可以改善天线的带宽和轴比性能。
双频圆极化微带天线的设计需要综合考虑工作原理、尺寸和性能优化等多个方面。
随着5G、物联网和卫星通信等技术的快速发展，双频圆极化微带天线的应用前景将更加广阔。
未来，可以进一步研究多频段、高性能和更小尺寸的双频圆极化微带天线设计方法，以满足不断发展的通信需求。
可以利用新兴的材料和工艺技术提升天线的性能和集成度，拓展其应用领域。
另外，针对双频圆极化微带天线的测试技术也需要不断完善，以确保天线的性能和质量。
双频圆极化微带天线作为一种先进的通信技术，具有广泛的应用前景。
未来，我们需要在设计方法、材料选择、制造工艺和应用场景等方面进行深入研究，以满足不断增长的通信需求，推动无线通信技术的发展。
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对于圆极化或线极化通信制式的地面站天线来说，国际卫星（INTELSAT)组织有一些强制性技术要求。
例如，其中要求线极化地面站天线交叉极化隔离度XPD >=30dB；
而对于圆极化地面站天线：
1. 当地面站天线口径D>=4.5m时，要求天线交叉极化隔离度XPD不低于30.7dB（相当于天线轴比AR不大于1.06或0.5dB）；
2.当地面站天线口径 2.5m<= D <=4.5m时，要求天线交叉极化隔离度XPD 不低于27.3dB（相当于天线轴比AR不大于1.09或0.75dB）；
3.当地面站天线口径 D <=2.5m时，要求天线交叉极化隔离度XPD不低于17.7dB（相当于天线轴比AR不大于1.3或2.28dB）。
上面讲到了天线交叉极化隔离度XPD，天线轴比AR，以及轴比AR的两种表达形式。
对于线极化地面站天线，由于天线是发射或接受线极化电磁波，没有轴比问题，所以只提交叉极化隔离度；
而圆极化地面站天线是发射或接受圆极化电磁波，所以既要用交叉极化隔离度，还可以用天线轴比。
实际上轴比和交叉极化隔离度是相关的，知道了轴比就可以求出交叉极化隔离度，当然知道了交叉极化隔离度也可以求出轴比。
如以下公式：
(1)
其中R表示以dB为单位的轴比。
天线轴比一般用的最多有两种表示（还有用角度表示，但用的很少），一种是以dB 为单位的R表示，或者一种是无单位的b表示。
前者一般在试验室测试很方便，所以研制生产人员用的较多。
二者换算关系如下：
(2)
轴比还可以用角度表示：
R=20lg{ ( 1+sin Δ )/（ 1-sin Δ） } （3）
b= ( 1+sin Δ )/（ 1-sin Δ） (4)
其中Δ = 0～90°(要用弧度表示)
由（1），（2）,)式可以算出常用的几种数据：
轴比 b 1.06 1.09 1.3
轴比 R(dB） 0.506124 0.7485 2.2788
XPD (dB） 30.72 27.32 17.645
按（3）可以算出几组数据：
Δ （度） 1° 1.5° 2° 3° 5°R (dB) 0.1516 0.2274 0.3217 0.4549 0.7689。