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GPS双频圆极化微带天线的设计
资料介绍
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第 卷 第 期
Vol． 28 No． 2
June 2011
广东工业大学学报
Journal of Guangdong University of Technology
2011
6
年 月
GPS
双频圆极化微带天线的设计
，
，
，
汪雪刚 李 瑞 吴多龙 李庚禄
(
，
广东工业大学 物理与光电工程学院 广东 广州
510006)
:
GPS
．
，
摘要 设计了一种新型测量型
微带天线 这种天线采用双层贴片结构的形式 上下两层贴片均采用了均匀分
，
布的四馈点馈电方案 在要求的带宽内满足双频
( L /L )
2
．
圆极化特性的同时实现了小型化 采用对天线贴片切角和
1
，
．
HFSS
，
软件对天线模拟仿真与优化 并进行实物加工
．
添加短截线的综合方法 有效地提高了天线的辐射效率 利用
，
，
，
模拟结果表明 在所设计的带宽内天线的各项特性均符合设计要求 且测试结果与仿真结果吻合良好 满足实际测
．
量需求
:
;
;
;
关键词 微带天线 双频 圆极化 四馈点
: TN82
: A
:1007-7162(2011)02-0043-04
文章编号
中图分类号
文献标志码
GPS
、
、
．
足双频段特性的同时实现了右旋圆极化辐射 同时
目前
技术已在导弹制导 飞机导航 空投
、
、
、
定位 大地测量 资源勘测 水坝变形监测 车船调度
、
通过在贴片的中心线附加短路针的方法使天线的两
、
、
，
个谐振频率都获得良好的匹配 展宽了微带天线的
管理 大气物理观测 高精度时间频率对比等诸多领
．
GPS
．
阻抗带宽 这种层叠结构在满足良好轴比的情况下
，
域取得了长足进展和广泛的应用 天线作为
收机的主要组成部分也成为人们研究的热点［1-2］
接
．
，
，
同时使匹配更加简单 天线更加紧凑 实现了小型化
．
，
、
、
近年来 微带天线由于其低成本 低轮廓 小体
1
天线设计与分析
、
、
积 易于集成和共形 能方便地实现线极化和圆极化
1． 1
( GPS)
辐射贴片的设计
等优点在全球定位系统
GPS
中得到了广泛的应
用［3-4］ 大部分的
GPS
天线仅工作在单一频率 常用
．
，
，
根据微带天线理论 本文采用易于分析且在实
，
的
微带天线基板都采用高介电常数的陶瓷材
际中便于加工与调试的正方形贴片作为辐射单元
h ( i
i
，
．
当介质的相对介电常数 ε 及介质基片的厚度
r
料 这样的天线低仰角性能好 但是为了满足高精度
，GPS L /L
天线必须在
GPS
= 1，2) ，
W
已知时 天线的宽度 影响着微带天线的方
测量上的应用
两个频段均
1
2
．
实现圆极化 一般的单层
、
、
，
微带天线有频带窄
向性函数 辐射电阻及输入阻抗 从而也就影响着频
，W
带宽度和辐射效率 另外 的尺寸直接支配着微带
， ，
增益低等缺点 不过在许多研究中 也在努力克服和
．
．
弥补这些缺点 目前天线实现圆极化的方式主要有
． W
天线的总尺寸 在安装尺寸允许的条件下 选取适
［5］ ［6］
两种 一是通过设置两馈点 或者多馈点 馈电方
:
、 ．
当的大小对频带 效率及阻抗匹配都是有利的 根据
;
，
式来实现 二是通过改变贴片的形状 实现不同的谐
腔模法的工程公式
－ 1 /2
．
振模式来达到圆极化 单馈点微带天线具有不易实
+ 1
ε
c
r
W =
，
［7-13］
(
)
2f
2
、
现圆极化 阻抗带宽及轴比带宽较窄
，
的特点 而
r
c
，f
，
其中 为光速 是谐振频率 对天线的尺寸进行初
，
用多馈点的方法 可以实现令人满意的带宽效
r
果［2，14-15］
．
步的计算 再通过基于有限元积分软件
HFSS
仿真
．
，
和优化 同时考虑到天线加工制造过程中的尺寸误
，
本文综合了上述方法 设计了一种应用于
GPS
、
差 介质基片的介电常数不均匀等因素会导致天线
．
系统的双频圆极化微带天线 上下两层天线的贴片
，
的谐振频率偏移和馈点输入阻抗的改变 从而影响
，
采用综合切角与附加短截线的新方法 并且均采用
．
天线的效率和轴比性能 采用改变短截线长度的方
．
对称且均匀分布的四馈点馈电新方案 设计的馈电
，
法来微调谐振频率和馈点输入阻抗 得到最终的天
、
网络提供了幅度相等 相位依次相差
90°
的四路信
．
线尺寸 带帽容性探针
1、2、3、4
L
是 频段的天线馈
1
，
4
．
号 并通过 个探针给天线贴片馈电 这种技术在满
:2010-11-16
收稿日期
基金项目
:2009
( 2009A080207006)
广东省重大科技专项基金资助项目
( 1986-) ， ，
:
，
男 硕士研究生 主要研究方向为天线与微波技术
．
作者简介 汪雪刚
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