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1、電磁場(chǎng)與微波一種新型低成本的圓極化GPS微帶天線張予青,段成華(中國(guó)科學(xué)院研究生院工程教育學(xué)院,北京100049)摘要目前GPS接收機(jī)中所使用的微帶天線為了縮小尺寸常常采用高介電常數(shù)的微波材料進(jìn)行設(shè)計(jì),但高介電常數(shù)的微波材料會(huì)引起表面波并且成本會(huì)很高。利用常用的FR4PCB板材并在微帶貼片上采用開槽的方式,以增加電流路徑降低諧振頻率的方法來(lái)縮小天線的尺寸,從而得到低成本、小尺寸的圓極化GPS天線。利用全波電磁仿真環(huán)境HFSS進(jìn)行3D建模與電磁仿真分析,得到天線的各項(xiàng)性能參數(shù),仿真結(jié)果滿足GPS接收機(jī)所需天線的性能要求。關(guān)鍵
2、詞微帶天線;微波材料;諧振頻率;HFSS中圖分類號(hào)TN8284文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A文章編號(hào)1003-3106(2009)08-0038-03ANovelCompactandLowCostCircularlyPolarizedMicrostripAntennaforGPSApplicationZHANGYuqing,DUANChenghua(GraduateUniversityofChineseAcademyofSciences,Beijing100049,China)AbstractMicrostripAn
3、tennausedinmostGPSreceivershassurfacewaveissueandhighercostduetothehighpermittivitysinteredmicrowavematerialused.Inourwork,commonFR4PCBmaterialisused.Slitsintheradiationpatchisaddedtoforcethecurrenttofollowextrapaths,whicheffectivelylowerstheresonantfrequency.So,we
4、cangetthecompact,lowcostcircularlypolarizedGPSmicrostripantenna.Lastly,thispaperdescribestheimplementationof3Dmodelingandelectromagnetic(EM)fieldsimulationanalysisbyutilizingfullwaveEMfieldsimulatorHFSS.Thesimulationresultsshowthattheproposedantennacanmeetthesystem
5、requirementsinperformance.Keywordsmicrostripantenna;microwavematerial;resonantfrequency;HFSS0引言1GPS接收機(jī)天線的原理與小型化近年來(lái),GPS應(yīng)用已從少數(shù)科研單位和軍用部1.1矩形圓極化微帶天線的基本原理門迅速擴(kuò)展到各個(gè)民用領(lǐng)域,GPS的廣泛應(yīng)用帶來(lái)用微帶天線產(chǎn)生圓極化波的關(guān)鍵是產(chǎn)生2個(gè)極了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。在GPS接收機(jī)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)中,化方向正交的、幅度相等的、相位差為90的線極化圓極化微帶天線是其中的關(guān)鍵組件之一。GPS定位
6、[4,5]要求能夠同時(shí)收到4顆以上的衛(wèi)星信號(hào),所以GPS波。產(chǎn)生圓極化波的一般方法是采用一點(diǎn)饋接收機(jī)的天線應(yīng)具有全向性、主波束寬并向上、右旋電單片圓極化矩形微帶天線!。由腔體模型理論知:極化的功能,以便能夠消除來(lái)自地面的多路經(jīng)反射一個(gè)形狀規(guī)則的單片微帶天線由一點(diǎn)饋電可以產(chǎn)生和降低電離層的影響。目前在很多產(chǎn)品中為了得到正交、幅度相等的2個(gè)簡(jiǎn)并模(TM10,TM01),但不能[4]性能好且尺寸小的GPS微帶天線,常采用高介電、形成90的相位差。為了在簡(jiǎn)并模之間形成90相[1,2]高性能的微波介電材料進(jìn)行設(shè)計(jì),成本通常會(huì)位差,在
7、規(guī)則形狀的單片方形微帶天線上加一簡(jiǎn)并比較高。為了降低成本,本文利用普通的FR4PCB模分離單元(微擾腔),使簡(jiǎn)并正交模的諧振頻率產(chǎn)板材并在微帶貼片上采用開槽的方法增加電流路徑生分離,當(dāng)簡(jiǎn)并模分離單元大小選擇合適時(shí),對(duì)工作來(lái)降低諧振頻率,在滿足一般民用GPS產(chǎn)品對(duì)天線頻率而言,一個(gè)模的等效阻抗相角超前45,而另一性能要求的條件下得到低成本、小尺寸的圓極化個(gè)模的等效阻抗相角滯后45,這樣就形成了圓極化GPS天線。收稿日期:20090518382009RadioEngineeringVo139No8電磁場(chǎng)與微波[4,5
8、]輻射。尺寸被減小。但這種方法會(huì)使微帶天線的特性變由腔體模型可知,當(dāng)h<<時(shí),諧振腔內(nèi)只有差,如增益減小、頻帶降低、阻抗匹配靈敏變EZ分量。當(dāng)矩形微帶天線附加簡(jiǎn)并模分離單元后,差等;波數(shù)k10,k01就不同了,假設(shè)矩形微帶天線只激勵(lì)主?將#中的短路柱換成集總元器件。微帶
