微带贴片天线forGPS.ppt

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1、微带贴片天线 for GPS张杰201122192011 111目标目标分析多篇文献中的基于GPS微带天线的优缺点总结看到过的天线结构和特点逐一比较各个版本天线的优缺点找到最后自己的方案总结总结微带天线的圆极化方法大致分为3类：(1)单馈法。主要是基于空腔模型理论，利用简并模分离元产生两个辐射正交极化的简并模工作，通过引入几何微扰来实现。这种方式无须外加相移网络和功率分配器，结构简单，成本低，适合小型化。但带宽窄，极化性能差。(2)多馈法。采用多个馈点馈电微带天线，可通过T形分支和3 dB电桥等馈电网络实现。这种方式可以提高驻波比带宽和圆极化带宽，抑制交叉极化。但馈电网络复杂，成本较高，天线尺

2、寸大。(3)多元法。使用多个线极化辐射元，对每一个辐射元馈电，可看作天线阵，这种方式既具备多馈法的优点，而且馈电网络较为简化，增益高。缺点是结构复杂，成本高，尺寸大。总结总结 实现圆极化的基本方式分为：(1)切角；(2)准方形，近圆形，近等边三角形；(3)表面开槽(slo坞slits)；(4)带有调谐枝(tuningstub)；(5)正交双馈，曲线微带型，行波阵圆极化。微带天线小型化的实现方法：(1)天线加载。就是在微带天线上加载短路探针、低电阻切片电阻和切片电容以实现小型化。(2)采用特殊材料的基片。谐振频率与介质参数成反比，因此高介电常数的基片可以降低谐振频率，从而减小天线尺寸。但高介质基

3、片极易激励出表面波，表面损耗增大，使天线增益减小，效率降低。(3)表面开槽。表面开槽引入微扰，改变表面电流路径，使电流绕槽边或缝边曲折流过路径变长，在等效电路中相当于引人了级联电感。但尺寸的过分缩减会引起天线性能的急剧恶化。(4)附加有源网络。缩小无源天线的尺寸，会导致辐射电阻减小，效率降低。可用有源网络的放大作用及阻抗补偿技术来弥补这一缺陷。(5)可以采用特殊天线结构形式。总的思路就是使天线的等效长度大于其物理长度，以实现小型化。如采用蝶形、倒F型(PIFA)，L型、E型、双C型等文献一文献一 分析分析结构：方形贴片天线，中心处单点馈电特点：设计简单，但是要完成性能指标在不改变形状的前提下只

4、能改材质的介电常数。优点：设计形状简单采用方形单馈电方式缺点：对材质要求很高，不能在现实控制成本的前提下做在不计算成本的纯理论仿真可以轻松实现指标，但是对设计天线本身没用天线形状天线形状天线所用的基板材质天线所用的基板材质文献二文献二 分析分析结构：单点馈电技术，圆形贴片天线设计特点：省去了馈电网络，从而减小了天线的体积，降低了天线的剖面。并且在设计中，考虑了与其它卫星定位系统的兼容对于主模TM01模来说，馈电点的位置是沿着半径变化的越靠近贴片的外边沿，其输入阻抗越大。同样，越靠近圆心其输入阻抗越小。在有微扰时，简并模的输入阻抗及极化方向与离开微扰点的圆周距离有关。也就是说，馈电点在图2所示的

5、A点馈电是右旋圆极化、在B点馈电则为左旋圆极化。天线形状文献三文献三 分析分析结构：矩形贴片单点馈电，通过切角实现圆极化。特点：用带线或同轴探针激励时，电磁场在贴片和接地板问建立。一个形状规则的矩形微带天线由一点馈电可产生极化正交幅值相等的二简并模，但不能形成9O度的相位差。为使二简并模问形成9O度的相位差必须在规则形状单元上附加一筒并模分离单元，使简并模谐振频率产生分离。当矩形微带贴片天线附加分离单元S之后(如图2所示)，其波数就不同了。文献四文献四 分析分析结构：基于空腔模型理论，用内环开槽的圆环形微带天线结构实现了GPS天线的圆极化设计。特点：单点馈电圆极化微带天线无需功分器和移相器等正

6、交馈电网络，结构比双点馈电简单。圆环形GPS天线结构的分析圆环形GPS天线结构如图1所示，圆环外半径为b，内半径为a，介质板介电常数为，圆环内边界开了相对的两个缝隙，适当调节缝隙的大小，使得天线主模TM模式分解为两个极化正交、幅度相等、相位相差9O度的线极化波。文献五文献五 分析分析结构：通过单个探针馈电的双层正方形切角的微带贴片天线。此天线采用不同介电常数的微波陶瓷基片，与常规的双频圆极化天线相比，其尺寸减小了且没有在两层贴片间引入空气层，结构紧凑，便于加工。特点：双基层的双频段设计。上下层选用不同介电常数的微波陶瓷基片，相对介电常数分别为=12和=92，基片厚度为h1=h2=3mm探针通过

7、下层贴片的钻孔连接到上层贴片上，下层贴片是上层贴片的寄生单元，通过上层贴片电磁耦合馈电由上下层贴片尺寸分别控制谐振频率，选择正方形切角大小来实现圆极化辐射。文献六文献六 分析分析结构：一种三频圆极化微带贴片天线，天线能够同时工作在GPS L1、L2波段和GLONASS波段。天线将两层层叠辐射贴片和馈电网络集成在一起，层叠结构保证了天线的紧凑。双馈电结构与圆极化馈电网络保证了天线具有良好的阻抗带宽和圆极化特性。特点：。天线采用两点正交馈电的圆极化微带天线形式，利用叠层贴片实现三频工作。上下两层贴片天线通过探针分别与天线底部的功分移相器相联接，功分移相器对两点正交馈电的圆极化微带天线进行圆极化馈电

8、，产生两路幅度相等、相差90。的信号。文献七文献七 分析分析结构：本文的微带天线是在标准矩形微带天线上切去AS面积所形成，而切去部分的S可理解为在标准矩形微带天线上附加了一个s(s0)，这附加AS即为简并模分离单元，而馈电点正好在标准矩形微带天线的对角线上，这样就构成了B型圆极化微带天线。该GPS微带天线是一种单点馈电的矩形圆极化微带天线，图中A为电位馈电点，左边凸出部分和馈电位置为实现圆极化的需要。左边凸出部分，实际上是在标准矩形微带天线上切去S面积所形成。特点：基于经典的微带天线分析方法的基础上，在标准矩形微带天线上切去AS面积所形成的单点馈电的矩形圆极化微带天线，具有设计简单、成本低、容

9、易加工制作等特点。天线的其他各项性能参数都比较良好，但是由于FR45基板的损耗比较大等原因，天线的增益还是不太理想。比较适合应用于低成本的GPS接收机中。在实际应用中，可在微带天线后加接两级晶体管放大器，为避免偏频干扰，还可以加接陶瓷滤波器。文献八文献八 分析分析结构：本天线在辐射贴片上设置了4个相同的L形状的槽，使表面电流路径变弯曲，路径延长，贴片的等效尺寸相对变大，谐振频率下降，实现了小型化。特点：开槽的长度、宽度要结合中心频率和S综合考虑来确定。虽然开槽可以减小尺寸，但是开得过长、过宽则会影响天线其他性能。结束语结束语结合我实习经验来看目前贴片天线在手机天线应用最为广泛，而且不用多层设计因为现在的设备要求轻薄，天线高度受到严格控制。所以我可能的方案就是：用方形贴片+切角形成圆极化，在贴片天线上加槽，延长表面电流路径来做小型化。或者使用手机中常用的倒F型结构来做小型化（小型化实际意义是：使天线的等效长度大于其物理长度，以实现小型化。）