圆极化天线旋向的一种简单判测方法.doc

圆极化天线旋向的一种简单判测方法?66?现代导航2010庄圆极化天线旋向的一种简单判测方法余叻,李长源(中国电子科技集团公司第二十研究所,西安710068)摘要:讨论了圆极化波和圆极化天线的基本概念和定义;说明了左右旋圆极化天线发生旋向差错的原因,提出了一种简单有效的判测方法.关键词:圆极化天线;天线极化;失配;判测中图分类号:tn821文献标识码:asimpledistinguishingmethodofcircularlypolarizationantennayufang,lichangyuanabstract:thebasicconceptionanddefinitionofcirclepolarizationwaveandcpantennaarediscussed;thereasonofrevolveerroroccuedinleftandrightcirclepolarizationantennaisdescribed,andthenasimpleandeffectivemethodtodecideandmeasureisgiven.keywords:cpantenna;polarization;mismatch随着卫星通信,遥控,遥测技术的发展,雷达应用范围的扩大以及对高速目标在各种极化方式和气候条件下跟踪测量的需要,单一极化方式已经难以满足要求,圆极化天线的应用变得越来越广泛.圆极化天线的形式多种多样,除部分螺旋天线能直接看出天线旋向外,微带天线,多馈电天线等圆极化天线的旋向经常发生差错,一种简单快捷有效的判测圆极化天线旋向的方法是非常重要的.1基本理论电场,磁场的方向通常都是随时间而变化的,为了说明波的电场强度的取向,采用了波的极化这个概念.所谓极化,是指电场强度取向随时间变化的方式,一般用电场强度矢量端点每周期内在空问描绘的轨迹来表示波的极化.所谓圆极化天线,指的是一个天线所辐射的电磁场中电场的方向和大小在空间不是固定的,而是随着时间的变化在一个与传输方向正交的平面内形成一个圆.要获得圆极化波,两矢量必须振幅相等,空间正交,其间的相收稿日期:2010.05.28.位差为9o.这就是获得圆极化的三个条件.圆极化波的场是等幅旋转场,有左旋和右旋之分.左旋圆极化天线只能辐射或接收左旋圆极化波;右旋圆极化天线只能辐射或接收右旋圆极化波.圆极化波的旋向有两种定义方法:一种是面对着电波的传播方向看去,顺时针旋转称为左旋,逆时针旋转则称为右旋;另一种是顺着电波的传播方向看去,顺时针旋转称为右旋,逆时针旋转则称为左旋.圆极化波的旋向与观察者的方向有关,不同的观察方向会得出完全相反的结论.因此,我们采用工程上的定义,即以顺着电波的传播方向为观察方向.如果在波的传播途径中(沿z轴正向传播),取一与z轴垂直的平面,合成矢量与轴夹角为,则我们可以用/(硎)的正负值来确定圆极化波的旋转方向,因为一+一+ss一一e+一+一十一十研一研,一/l留=ij第3期余叻等:圆极化天线旋向的一种简单判测方法故式中do=tg-i/.ge1cos(tt+1)+e2vcos(tgt-i-2)=一eicos(tot-i-)4-e2cos(urt+(o2)由此得(e2xely-elxe2y)sin(2)式中,0=1cos(tot+1)+e2cos(tzn+2)+1c.s(刃+)+2yc.s(art+fa2)p=.5一+c.s2,其中,p为接收信号归一化电平;为接收天线的轴比;为发射天线的轴比;a为接收天线与发射天线两个极化长轴之间的夹角.现在讨论两种情况.(1)当e1x/&y>e2x/e2y时如图1(a)所示.此时,当>时(即e2z朝前e),则(e2xely-elxe2y)sin(<.(3)式(3)表示0随时间的变化率是负的,即合成矢量的旋转方向是从y轴装向x轴,也就是说从超前的矢量向落后的矢量方向旋转.按照定义,这就是左旋圆极化波.(2)当e1/ely<时如图1(b)所示.此时,当<仍时,则_1(e2xely-elxe2y)sin(>0(4)式(4)表示0随时间的变化率是正的,即合成矢量的旋转方向是从轴装向y轴,这也是从超前的矢量向落后的矢量方向旋转.按照定义,这就是右旋圆极化波.2圆极化天线失配影响虽然对于圆极化的旋向有了统一的定义,但圆极化天线形式千变万化,还是很容易在实际工程中发生差错.当接收天线的极化与发射天线的极化不完全匹配时,接收功率损失的能量p(a)(b)图1确定旋向的坐标系统工程上采用的圆极化天线的轴比一般要求小于1.5db,两个极化长轴之间的夹角最好为0.,最差为90.,我们按相对较差的45.考虑时,根据公式可以算出:p=一1】.3db该数值说明:如果发射天线与接收天线的极化相反,理论上接收天线对收到的信号有l1.3db的衰?68?现代导航2010年减.这样大的衰减对于很多系统来说,已经足以使系统失效.3讨论由此,我们提出了一种简单的方法可在实验室对圆极化天线进行极化判测.将一单极子天线和待测圆极化天线分别与网络分析仪输出端相连,如图2所示,单极子天线垂直收发天线轴,同时绕收发天线轴旋转,记录接收信号相位与转角的关系图,如图3所示意.根据该图形即可得到待测天线的极化旋向.网络分析仪ililii!/l:!ili:!,liiiji/l:llll,/一:li/ljiil-iii/llili!1!/ii1iiil1!/tlli/1:,iilll/i_f_ili/1illi,iiiii/_ii:/i,:(b)图3线极化天线顺时针旋转圆极化天线接收的相位图4结语圆极化天线发生旋向差错的问题,具有一定的严重性和普遍性.本文所提出的这种判测方法,简单有效的解决了这一问题.单极子天线待测圆极化天线参考文献:图2测试连接示意图当线极化发射天线以顺时针旋转,接收相位曲线斜率为一1,如图3(a)所示,根据式(3),可判断待测圆极化天线为左旋圆极化天线.当线极化发射天线以顺时针旋转,接收相位曲线斜率为+1,如图3(b)所示,根据式(4),可判断待测圆极化天线为右旋圆极化天线.i!ilii:l