两款低仰角圆极化天线仿真测试 [复制链接]

玩过或者听说过NOAA卫星气象云图接收的HAM们可能听说过接收NOAA卫星最好用四臂螺旋天线。因为四臂螺旋天线是圆极化的可以减少由于卫星方位角变化带来的极化方向错误损耗。举个极端点的例子，用垂直极化的天线接收水平极化的信号会产生20dB极化损耗，同理用水平极化天线接收垂直极化信号也是这样。把dB换算成具体数字就是信号场强最高会减弱100倍，这是非常大的信号损耗。

而圆极化天线接收信号是众生平等无论什么极化角度的线极化信号进来都是统一的3dB损耗，就规避了信号极化角度和天线极化角度差异过大导致高损耗的情况。(当然圆极化天线也不是万金油，因为圆极化天线分右旋极化和左旋极化本质上和线极化天线垂直极化和水平极化是一个道理，用左旋极化的天线接收右旋极化信号会产生20至30dB极化损耗亦而反之)

在城市环境使用UV段通联时由于信号在建筑物之间的反射绕射会导致信号极化方向发生偏转，就和接收卫星信号一样会遇到极化方向错误导致接收损耗增加的问题，实践中也可以通过使用圆极化天线来解决这个问题。但上文提到的四臂螺旋天线并不适合地面通信使用，因为四臂螺旋天线的仰角较高只适合用来收发来自上方的信号(UV段几乎没有电离层反射特性也不能像短波那样玩NVIS)

接下来介绍两款适合地面通联使用的低仰角圆极化天线
第一款是FM广播发射常用的交叉偶极天线，由两个十字交叉的弧形偶极子天线组成。

描述:交叉偶极天线

图片:交叉偶极圆极化天线.jpg

第二款也是FM广播发射常用摆线偶极天线，由一个环形振子和上下布置的垂直振子组成。

描述:摆线偶极天线

图片:摆线偶极圆极化天线.jpg

摆线偶极圆极化天线的仿真结果

(随手建模两个V段的做参考，没做优化所以就不附上建模文件了)

通过仿真结果可以直观看出摆线偶极天线性能明显优于交叉偶极天线，摆线偶极不仅仰角更低还因为仰角低拥有更完美的全向性。当然从目前的结果上看两者都称不上完美的全向天线，依然存在方向性。所以接下来将会仿真堆叠多个天线形成共线天线后是否能改善。

在做堆叠仿真之前再稍微介绍一下交叉偶极天线和摆线偶极天线的特性。
从匹配难度上对比交叉偶极天线有更大的优势，交叉偶极天线在振子调整妥当的情况下两个振子的馈电阻抗都是75Ω，可以通过两段1/4波长75Ω馈线实现传输线变压器匹配到50Ω。而摆线偶极是低阻天线，阻抗实部只有十几欧姆。只能使用伽马馈电或者使用1/4波长平行馈电阻抗匹配。这两种匹配方式都会导致天线带宽变窄，不适合宽带使用。

（打算堆叠的时候才反应过来交叉偶极天线堆叠需要倾斜45度，建模不小心建模成垂直的了，需要重新建模所以堆叠仿真先欠着）

首先仿真的是二堆叠摆线偶极天线(堆叠间距0.9波长)。可以看出二堆叠后波束相比单个躺倒了不少。

然后是四堆叠，不对称性基本消失，可以说已经达成了完全全向。

由于堆叠数量增加产生少量旁瓣。

也不得不单独强调一下圆极化天线最大的缺点，圆极化天线的3dB损耗不仅体现在接收时，发射也得承受3dB损耗(因为要让信号转起来)。也就是输入50W辐射25W。
用摆线偶极天线举例增益情况
   单个：-0.8dBi
二堆叠：3.6dBi
四堆叠：6.6dBi
八堆叠：9.6dBi
(标准偶极1/2波长天线增益是2.15dBi)
所以圆极化天线更适合基地台使用，基地台通常有高度也有功率，可以弥补发射功率损耗。

最后附上交叉偶极天线和摆线偶极天线的计算器。
Sqbomni交叉偶极圆极化天线计算器_VE3SQB.zip (54 K) 下载次数:2
Cirpol摆线偶极圆极化天线计算器_VE3SQB.zip (69 K) 下载次数:3

          

圆极化有个重要的指标——轴比（Axial ratio）

就是说，圆极化得够不够“纯”圆~~    

举个栗子，有可能朝这边是很圆的圆极化，朝那边是相对还好的椭圆，另一个角度偏点可能是个很扁的椭圆，再再偏一点甚至可能退化成线极化。

你目前看到的方向图应该是一个不区分不同极化成分的整体的方向性（Directivity）或者说整体的Gain  （假设无损，Directivity = Gain）

感觉给中继用的话不错啊
握持手台的姿势变化引起的信号变差会不会变好？
汽车行驶过程中通联的那种周期性咔咔声会不会变好？

BG5TOX:感觉给中继用的话不错啊
握持手台的姿势变化引起的信号变差会不会变好？
汽车行驶过程中通联的那种周期性咔咔声会不会变好？
 (2025-10-07 18:13) 

对，给中继用很合适。在外网上查找资料的时候就看到了有中继使用圆极化天线，改用圆极化天线之后一些反射复杂的地方信号质量显著提升。