导言
在本示例中，XFdtd对圆极化介质谐振器天线进行了仿真，以生成回波损耗、增益模式、宽增益与频率的关系以及轴向比。所研究的天线是罗盘导航卫星系统（CNSS）的一部分，工作频段为 1.268 和 1.561 GHz，其数据来自期刊论文[1]，其中包括测量和模拟结果。XFdtd 得出的结果与期刊论文中的结果具有可比性。
设备设计与仿真
模拟的天线由一个平面馈电部分和一个介电常数为 20.5 的大型矩形介质块组成，介质块位于地平面交叉槽的中心。图 1 显示了模拟天线的三维图像，地平面为红色，衬底为米白色，介质块为蓝色。该装置安装在介电常数为 2.55 的 100mm x 100mm x 0.8mm 基板上。馈电结构由基底上的微带线和用于阻抗匹配的垂直存根组成。基板上方的接地平面有两个互成 45 度角的槽，其大小可产生双波段圆极化行为的模式。图 2 显示了去掉介质块后的接地平面俯视图，图 3 显示了微带线的底视图。微带线由基底边缘的分布式电路元件源馈电，波形覆盖 1 至 2 GHz 的相关频率范围。
图 1：天线几何形状的三维 CAD 视图，地平面中心可见介质谐振器块。
图 2：去掉介质谐振器块后的天线结构俯视图，显示了地平面上的交叉槽和基底上微带馈线的轮廓。
图 3：微带馈电线和阻抗匹配存根位于衬底底部。
图 4：天线的回波损耗显示出两个工作频带，分别对应于 1.268 和 1.561 千兆赫的理想频率
模拟后发现，该设备的回波损耗有两个工作频带，分别以 1.25 和 1.55 千兆赫为中心（图 4）。每个频带宽度均大于 0.16 千兆赫，且均接近器件所需的 1.268 和 1.561 千兆赫通信频率。图 5 和图 6 显示了两个相关频率下的三维增益模式，表明天线在介质块正上方产生了近乎对称的宽叶模式，峰值增益超过 5 dBi。天线的独立辐射效率为 100%，而在两个相关频率上的系统效率分别为 81% 和 66%。峰值增益值位于介质块正上方的一点，其与频率的关系如图 7 所示，可以看出在几乎整个相关频率范围内，峰值增益值都非常一致。最后，图 8 所示的轴向比显示出 3 dB 带宽的宽广区域，覆盖了两个相关频段。
图 5：在 1.268 GHz 频率下，增益模式接近球形，介质块上方的增益峰值为 5.6 dBi。
图 6：在 1.568 GHz 频率下，增益模式接近球形，在介质块正上方方向的增益峰值为 5.4 dBi。
图 7：介质谐振器正上方一点的增益在很大范围内相当一致。
图 8：轴向比在 1.268 和 1.561 GHz 理想频率附近显示出最小值，3 dB 带宽相当宽。
结论
结果表明，即使介电常数超过 20，对介质谐振器天线的模拟也能产生良好的效果。所显示的回波损耗和增益模式与参考文献中的测量数据十分吻合。模拟结果的轴向比显示出比实测天线更好的性能，但趋势非常相似，在所需频段的结果也很好。
参考资料
X-C Wang, L. Sun, X-L Lu, S. Liang, and W-Z Lu, "Single-Feed Dual-Band Circularly Polarized Dielectric ResonatorAntenna for CNSS Applications,"IEEE Trans. on Antennas and Propag.
