韩非凡
广州吉欧电子科技有限公司 广东省广州 51000
摘要：本文提出了一种介质埋藏空气型宽带圆极化天线，该天线通过采用等幅，相位依次两两相邻相差90方式激励四个扇形单元实现圆极化，采用了渐变线的结构馈电有利于让天线的输入阻抗变缓从而扩展天线的带宽，采用介质埋藏的方式，很好地保护天线，避免了天线裸露在空气中受到氧化腐蚀而影响天线的使用寿命。使用了仿真软件HFSS对天线进行仿真实验，仿真结果表明，天线在整个工作频段内1.164GHz-1.612GHz，增益可达4.8dBi，可用于某种测量测绘领域。
关键词：介质埋藏 宽带圆极化 扇形单元
Design of a dielectric buried air broadband circularly polarized antenna
HAN Fei fan
（Guangzhou Geo electronic technology CO.，LTD.，Guangzhou 51000，China）
Abstract：A dielectric buried air broadband circularly polarized antenna is proposed in this paper.By exciting four sector elements with equal amplitude and 90 phase difference between two adjacent elements in turn，thus the circular polarization radiation can be realized.Employing the tapered-line structure feeding is beneficial to slowing down the input impedance of the antenna and thus expanding the bandwidth of the antenna.Dielectric buried are used to protect the antenna，which avoids the oxidative corrosion the antenna exposed in the air and affects the service life of the antenna.The designed antenna is simulated by HFSS，the simulated results show that the gain of the antenna can reach 4.8dBi in the working frequency band，from1.164GHz to 1.612GHz.It can be used for some surveying and mapping field.
Keywords：dielectric-buried；Broadband circular polarization；sector elements
1引言
天线作为无线通信系统重要部件，用来辐射和接收电磁波。随着无线通信系统的不断发展和完善，对天线的带宽和增益提出更为严格的要求。即要求天线能够在很宽的频带上工作，从而覆盖更多的发射和接收信号。希望天线的增益越高，从而有利于接收到微弱的信号，这也是未来天线发展的一个重要趋势[1]。由于圆极化具有良好抗干扰和抑制雨雾干扰，能够接收任意极化的来波，其辐射的电磁波也容易由任意的线极化天线接收到，被广泛运用于卫星导航，遥感遥测，电子抗干扰等方面[2-3]。本设计结合天线的发展趋势和借助于天线的相关技术，设计一款覆盖四大导航系统（中国的北斗导航系统，美国的GPS导航系统，欧盟的Galileo 导航系统，俄罗斯的GLONASS导航系统）的接收天线，从而满足导航系统由于环境空间方面的制约而导致定位精度的要求，具有一定的工程引用价值[4-6]。此外，本设计采用了介质覆盖的方式，除了能够保护天线的金属部分免受空气氧化腐蚀，还能够缩小天线的体积[8]。
2 天线结构的分析与设计
天线结构如图1所示，此天线采用低成本的空气介质，超低损耗。天线的辐射单元主要由由四个扇形单元加载三角形渐变线构成，全部由金属块搭建而成。采用渐变线来馈电，一方面为了平衡电流的作用，另一方面为了优化阻抗匹配拓展了天线的带宽。采用等幅相位依次两两相邻９０度的方式实现圆极化，这种馈电方式，轴比带宽相对较宽，极化纯度较高，相位中心的稳定度较高，有利于用在高精度的测量设备上。最后把该天线用介质覆盖起来即构成了介质埋藏空气型宽带圆极化天线
2.1埋藏介质的选择
如果采用高频材料罗杰斯作为埋藏介质的选择，其损耗虽然很小，但
是由于成本很高，强度也不够，不利于可靠性的设计。若采用陶瓷材料作为埋藏介质，虽然具有一定的强度，但是由于陶瓷材料的制作工业相对比较复杂，一致性不一定很容易把控。不利于产品的量产。本设计结合实际情况，采用了低成本且容易得到的FR4材料作为埋藏介质，损耗比高频材料大了一些，但是不影响整体天线的性能。
(a)俯视图 （b）侧视图
（c）正视图
图1 天线的结构图
1.仿真结果与分析
在HFSS软件上进行建模并进行了仿真分析，图2 为天线在不同频点处的3D方向图
（e）1.575GHz （f）1.612GHz
图2 天线在不同频点处的3Ｄ方向图
由图2（a）可见，天线在1.164GHz时，增益为8.3dBi，由图2（b）可见，在1.227GHz时，增益为7.1dBi，由图2（c）见，在1.3GHz时，天线增益为4.8dBi。由图2（d）可见，天线在1.525GHz时，增益为6.6dBi，由图2（e）可见，在1.575GHz时，增益为7.7dBi，由图2（f）见，在1.612GHz时，天线增益为5.5dBi。在工作频段1.164GHz-1.612GHz 天线的增益较高，方向图的稳定性较好，能够很好地接收信号。因此，该天线具有一定的宽带特性，能够覆盖四大导航系统的工作频段。
图3天线在不同频点处的2D方向图
由图3（a）可见，天线在1.164GHz时，3dB波瓣宽度为60度由图3（b）可见，在1.227GHz时，3dB波瓣宽度为63度，由图3（c）见，在1.3GHz时，3dB波瓣宽度为62度。由图3（d）可见，天线在1.525GHz时，3dB波瓣宽度为62度由图3（e）可见，在1.575GHz时，3dB波瓣宽度为61度，由图3（f）见，在1.612GHz时，3dB波瓣宽度为63度。天线在整个工作频段内3dB可以满足卫星导航对天线的波瓣宽度的需求
图4 1.227GHz轴比曲线
图4可见，在1.227GHz，Theta=0度即天顶位置的轴比值为0.03dB，圆极化特性较好。轴比值小于等于3dB的角度范围为负41度到正41度。天线的3dB轴比角度相对较窄，后续可以添加扼流环和扼流柱的方式拓展了3dB轴比角度。
图5 1.575GHz 轴比曲线图
图4可见，在1.575GHz，Theta=0度即天顶位置的轴比值为0.06dB，圆极化特性较好。轴比值小于等于3dB的角度范围为负42度到正42度。天线的3dB轴比角度相对较窄，后续可以添加扼流环和扼流柱的方式拓展了3dB轴比角度。
4 结论
本文提出的介质埋藏空气型宽带圆极化天线，天线的增益相对较高，有利于在遮挡严重的情况仍然能够正常接收信号，采用空气介质，天线的设计成本较低，有利于产品化并且广泛使用。采用介质埋藏的方式，有利于保护天线以免裸露在空气中受氧化腐蚀而影响天线的使用寿命。不过该天线的3dB轴比角度相对较窄，后续可添加扼流柱和扼流环的方式，进一步提高天线的性能。
参考文献：
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作者简介 韩非凡，男，广东人，硕士 电子科学与技术专业 研究天线技术，现为天线工程师
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内，影响以后插打。凡带有接头的钢板桩应与无接头的桩错开使用，无法保证错开时，接头桩接头的水平位置至少应上下错开2m以上。
（5）保证钢板桩插打正直顺利合龙的措施是随时纠正歪斜，歪斜过大不能用拉挤办法整直者要拔起重打，纠正无效时，应特制楔形桩合龙。
（6）当钢板桩难以下插时，应停下来分析原因，检查锁口是否变形，桩身是否变形，钢板桩有无障碍物等，不能强行施工硬插，磨损钢板桩；
4.6 围堰施工过程中的监控
在钢板桩施工中，允许误差一般为：桩顶标高偏差±100mm；钢板桩轴线偏差±100mm；钢板桩垂直度偏差为1%。在打设过程中，应监测是否在允许误差范围内，超出时及时纠正。
在插打过程中，钢板桩下端有土挤压，钢板桩锁口和锁口之间缝隙较大，上端总会产生向远离第一根钢板桩的方向倾斜。因此，每打四五根钢板桩就要用垂球吊线，将钢板桩的倾斜度控制在1％以内，超过限定的倾斜度应予纠偏（一次性纠偏不能太多，以免锁口卡住，影响下一片钢板桩的插打）。
围堰施工完成后，要进行沉降观测，并做好记录，每周检查一次螺帽是否松动，如发现问题需及时调整解决。
4.7、水上作业安全措施
（1）、合理安排作业区域和时间，保证施工人员正常工作。
（2）、作业区域在河道和两侧河岸进行围挡，设置安全警示标语。
（3）、钢板桩围堰外围靠主航道侧需设置防撞装置设警示标识和防护栏，夜间钢板桩围堰区域布置警示照明灯防止船舶撞击围堰，造成安全事故。
（4）、水上作业人员必须配备救生衣，做到一人一套，安全施工。
（5）、施工现场必须要备有落水救生设施：救生圈2～3个、救生绳1～2根。
5.结语
1、从宝应县生态新城三横河闸站工程钢板桩应用的实际效果来看，使用钢板桩做围堰围护，具有施工进度快、安全、占地空间小等优点。此外，钢板桩可以重复使用，节省投资。
2、采用钢板桩围护截渗和排水沟降低地下水位后，使基坑能迅速开挖至预定高程，为下一阶段的施工创造了有利条件。不仅加快工程进度，而且受雨季的影响较小，保证整个工程的顺利进行。
3、采用钢板桩支护，对周围环境影响较小。钢板桩施工简便，工序简单，质量容易控制，工期短，且现场整洁。
4、钢板桩适用粘性土、砂土、淤泥等软弱地层。在进行钢板桩的支护施工中要特别注意水的不利影响，按照水利水电工程地质勘察规范，进行渗透稳定计算，在有可能发生流土管涌渗透变形的，要采取工程措施，确保围堰安全。（作者地址：宝应安宜水缘水利建筑安装工程有限公司 邮编：225800）
参考文献：
[1]邹雁.不良地质条件下水利水电工程处理措施[J].中国新技术新产品.2012（14）.
[2]水利水电工程地质勘察规范.GB50487-2008.
作者简介：张彥如，1967.05-，大学文化，工程师，发展方向：水利水电建筑施工。
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参考文献：
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[3]武志磊，杨建国，张家梁，等.智能故障诊断在地铁车站设备维护中的应用[J].都市快轨交通，2008，21（5）：79-81.
[4]刘守亮.红外热像技术在混凝土结构无损检测中的应用[C]// 第六届全国土木工程研究生学术论坛论文集.2008.
论文作者:韩非凡
论文发表刊物:《建筑细部》2019年第4期
论文发表时间:2019/9/20
标签：天线论文; 钢板论文; 介质论文; 增益论文; 围堰论文; 宽度论文; 导航系统论文; 《建筑细部》2019年第4期论文;