矿井UWB定位系统中圆极化天线的优化设计和应用

TD655.3; 天线是矿井UWB定位系统的重要组成部分,为了抑制矿井UWB定位系统接收到多径反射信号,提高矿井UWB定位系统的定位精度,对传统圆极化天线结构进行优化,设计了一种新型右旋圆极化微带天线.先将矩形开槽改为十字开槽,改变电流轨迹,使两正交线性极化电场的相差更接近90°,从而降低轴比,使天线的圆极化纯度更高;再将十字开槽平滑扩展为菱形开槽,达到提高交叉极化电平、抑制正交旋向的效果,使天线实现更高的右旋圆极化纯度.采用HFSS软件对该新型右旋圆极化微带天线进行仿真,仿真结果表明,主辐射方向交叉极化电平＞10.4 dBi,可以达到很好的右旋圆极化效果.新型右旋圆极化微带天线样品的工作频带和回波实测结果同仿真结果基本吻合,说明该新型天线结构易于加工且正常容差内的工艺偏差对天线性能的影响程度相对较小.将制作的新型右旋圆极化微带天线样品用于基于到达相位差的UWB定位系统,并在隧道环境下进行现场测试,测试结果表明,信号到达相位差稳定性有明显改善,对多径效应有明显的抑制效果,可以有效提高UWB定位系统的定位精度.该新型右旋圆极化微带天线具有体积小、质量轻、易于制作等优点.