圓極化天線設計
關注創建者：匿名 創建時間：2026-01-04
圓極化天線設計的實例教程
電磁波的極化特性依據電場矢量空間軌跡可分為線極化、圓極化和橢圓極化三種基本類型。其中，圓極化波表現為電場矢量端點以恒定幅度作圓周旋轉，按旋轉方向分為左旋圓極化（LHCP）與右旋圓極化（RHCP）。基于此極化特性設計的天線即為圓極化天線，其通過正交饋電結構產生相位差為90°、幅度相等的兩路線極化波，合成后形成圓極化輻射場。
圓極化天線在現代無線系統中具有不可替代的核心價值：抗干擾優勢：可顯著抑制多徑效應和法拉第旋轉效應，提升復雜環境下的信號穩定性；極化靈活性：對收發天線的空間取向不敏感，避免線極化系統的極化失配損失；關鍵應用場景：衛星通信中克服星體自旋及電離層干擾（如GPS采用右旋圓極化）；雷達目標識別利用反向旋向隔離特性增強探測精度；移動通信系統減少雨霧衰減與多徑衰落。其技術演進持續推動高增益寬帶陣列（如超表面天線）與小型化設計的發展，為5G/6G及空天信息網絡提供基礎支撐。
微帶天線因重量輕、制作成本低等特點被廣泛用于。傳統微帶天線的帶寬窄，微帶天線寬帶化設計中，多層法通過引入多個輻射貼片與介質層構建多諧振結構，顯著拓展工作帶寬。其核心原理是利用層間電磁耦合激發相鄰諧振點，實現阻抗帶寬的疊加拓寬。本文設計了一款工作在3.3-3.87GHz的雙層圓極化天線。首先設計了雙饋電的貼片單元，然后用雙層耦合的形式進一步擴展帶寬，接著設計了小型化寬帶90度電橋，將該電橋和天線集成，實現了良好的寬帶特性。
關鍵字：圓極化；微帶天線；寬帶化；小型化。
展開 作為無線通信系統中最為重要的部分之一，天線也得到了飛速的發展。過去相當長的一段時間內，傳統的簡單天線一直發揮著其穩定的作用服務于無線通信系統。但是近年來，由于天線使用平臺的特殊要求，傳統的單一的線極化天線已經不能滿足實際的要求，圓極化天線越來越受到人們的重視。
當前圓極化微帶天線的研究課題有高增益圓極化天線、雙圓極化微帶天線、寬頻帶圓極化微帶天線等。本文研究設計了一個高增益圓極化微帶天線陣列，工作在中心頻率8.3GHZ。文章的目的是拋磚引玉，希望各位大佬相互借鑒交流學習，多多指教。
一 單元天線設計
如下圖所示，實現圓極化的方法有切角等方法，這里不再贅述
本文設計的采用經典圖1的方法，采用背部饋電，之所以沒用微帶線饋電，是因為微帶線電流輻射會影響到天線，采用背部饋電，組成饋電網絡時影響最小。單元如下圖下圖是對關鍵參數的掃描，關鍵參數有切角寬度，方形貼片寬度，同軸線位置等，下面只給出貼片長度對s11和AR的影響
經過hfss軟件優化器的運算，得出最優解如下圖
二陣列設計
單元設計完成，接下來是陣列，根據陣列理論，影響性能的因素較多，間距，饋電網絡等都會產生很大影響，經過不斷調試，最終陣列為4X4，如下圖
本次設計陣列采用雙層基板，基板中間是地板，背面的饋電如下圖，同時給出電流分布
下面是陣列主要指標，s11，AR，增益等
以上三圖可知，諧振點在8.3GHZ左右，軸比AR小于3dB,3dB寬度較窄，SLL在14dB，可以根據要求調整陣列，實現更小的SLL
三 總結
本文提出一種4X4的陣列，效果較好，容易加工。
最后，有需要歡迎通過微信公眾號聯系我們。
展開 隨著衛星通信，遙控遙感，雷達電子戰等技術的發展和廣泛應用，圓極化天線的應用越來越多，受到非常高的重視。使用圓極化，是為避免掉發射與接收天線因極化不匹配的關系而造成極化損耗，因為接收天線只需要對準發射天線即可，而不需考慮其極化的角度，在應用上可以使接收裝置，如RFID或是wireless sensor node的擺放較具彈性。在衛星通信時，電波穿過大氣層，會產生極化旋轉（法拉第旋轉效應），衛星通訊多采用圓極化天線。單點饋電的圓極化天線想展寬帶寬還是很困難的，帶寬較寬時多采用雙饋甚至四饋點，視實際應用場合確定帶寬，一般情況下只要求最大輻射方向的軸比，個別場合可能對低仰角的軸比有要求，軸比在HFSS中可以畫出方向圖，采用球形測試系統可以測出軸比的方向圖。
本文設計一種新型的圓極化微帶天線，實現右圓極化，體積小，重量輕，易于制作，可以廣泛應用于通信領域，本次設計的亮點是，與傳統的微帶饋電和同軸線饋電相比，采用先進的耦合饋電技術，這樣易于匹配電路，減少與貼片的耦合（patch），經過hfss軟件的模擬，達到很好的圓極化效果。此外，本次設計的天線，可以進行組陣列，實現載波束，高增益圓極化條件。
一、天線外形
天線采用雙程基板FR4，輻射單元是在圓形導體上開槽，一個十字行的開槽，改變電流的軌跡，實現電場E的90度相位差。
二.表面電流動態圖，可以清楚看出極化的方向
回波損耗S11情況。可以看到，諧振點在1.54G 左右，且低于-30Db，效果良好。
軸比和極化情況，可以在增益圓圖看出，實現的是右圓極化，且極化效果很好
總結：本文提出一種新型圓極化設計，可以為工程師實現天線極化要求提供一些參考。
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基于HFSS的寬帶圓極化天線設計2個月前
基于此極化特性設計的天線即為圓極化天線，其通過正交饋電結構產生相位差為90°、幅度相等的兩路線極化波，合成后形成圓極化輻射場。
在完成樣件測試后，一個3D打印的螺旋結構、金屬地板和同軸探針組成的圓極化介質螺旋天線被設計、加工出來。
隨后，工程師利用矢量網絡分析儀(VNA)和微波暗室分別對其阻抗和輻射特性進行了測試。
實測的反射系數、軸比以及天線在5.2和5.4 GHz時的輻射方向圖均與仿真結果吻合較好，提出的介質螺旋天線能夠提供衛星通信所必需的寬帶圓極化輻射。
7、基于HFSS的圓極化陣列天線設計
作者：
320科技工作室
鏈接：https://www.yqgqt.org.cn/content/post/1826807
當下，人類生活的信息時代正在進行著翻天覆地的大變革，無線通信技術日新月異，移動通信4G時代的到來更加推動了無線通信技術的發展。作為無線通信系統中最為重要的部分之一，天線也得到了飛速的發展。
當下，人類生活的信息時代正在進行著翻天覆地的大變革，無線通信技術日新月異，移動通信4G時代的到來更加推動了無線通信技術的發展。作為無線通信系統中最為重要的部分之一，天線也得到了飛速的發展。過去相當長的一段時間內，傳統的簡單天線一直發揮著其穩定的作用服務于無線通信系統。但是近年來，由于天線使用平臺的特殊要求，傳統的單一的線極化天線已經不能滿足實際的要求，圓極化天線越來越受到人們的重視。
隨著衛星通信，遙控遙感，雷達電子戰等技術的發展和廣泛應用，圓極化天線的應用越來越多，受到非常高的重視。使用圓極化，是為避免掉發射與接收天線因極化不匹配的關系而造成極化損耗，因為接收天線只需要對準發射天線即可，而不需考慮其極化的角度，在應用上可以使接收裝置，如RFID或是wireless sensor node的擺放較具彈性。在衛星通信時，電波穿過大氣層，會產生極化旋轉（法拉第旋轉效應），衛星通訊多采用圓極化天線
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因其特殊形狀，螺旋天線能夠發射圓極化場。螺旋天線設計簡單，但功能強大，應用豐富，例如智能植入裝置及其他 RFID 設備使用了極小型天線。
大型螺旋天線常用于無線電、GPS 和彈道導彈系統，以及與繞地球和月球軌道運行的衛星與太空探測器之間的外太空通信。
衛星通信系統中的螺旋天線。圖片版權屬于美國公有領域，通過 Wikimedia Commons 分享。
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