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微帶貼片天線 for GPS,張杰 20112219 2011 111,目標(biāo),分析多篇文獻(xiàn)中的基于GPS微帶天線的優(yōu)缺點(diǎn) 總結(jié)看到過的天線結(jié)構(gòu)和特點(diǎn) 逐一比較各個(gè)版本天線的優(yōu)缺點(diǎn) 找到最后自己的方案,總結(jié),微帶天線的圓極化方法大致分為3類： (1)單饋法。 主要是基于空腔模型理論，利用簡并模分離元產(chǎn)生兩個(gè)輻射正交極化的簡并模工作，通過引入幾何微擾來實(shí)現(xiàn)。這種方式無須外加相移網(wǎng)絡(luò)和功率分配器，結(jié)構(gòu)簡單，成本低，適合小型化。但帶寬窄，極化性能差。 (2)多饋法。 采用多個(gè)饋點(diǎn)饋電微帶天線，可通過T形分支和3 dB電橋等饋電網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)。這種方式可以提高駐波比帶寬和圓極化帶寬，抑制交叉極化。但饋電網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜，成本較高，天線尺寸大。 (3)多元法。 使用多個(gè)線極化輻射元，對每一個(gè)輻射元饋電，可看作天線陣，這種方式既具備多饋法的優(yōu)點(diǎn)，而且饋電網(wǎng)絡(luò)較為簡化，增益高。缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高，尺寸大。,總結(jié),實(shí)現(xiàn)圓極化的基本方式分為：(1)切角；(2)準(zhǔn)方形，近圓形，近等邊三角形；(3)表面開槽(slo塢slits)；(4)帶有調(diào)諧枝(tuningstub)；(5)正交雙饋，曲線微帶型，行波陣圓極化。 微帶天線小型化的實(shí)現(xiàn)方法： (1)天線加載。就是在微帶天線上加載短路探針、低電阻切片電阻和切片電容以實(shí)現(xiàn)小型化。 (2)采用特殊材料的基片。諧振頻率與介質(zhì)參數(shù)成反比，因此高介電常數(shù)的基片可以降低諧振頻率，從而減小天線尺寸。但高介質(zhì)基片極易激勵(lì)出表面波，表面損耗增大，使天線增益減小，效率降低。 (3)表面開槽。表面開槽引入微擾，改變表面電流路徑，使電流繞槽邊或縫邊曲折流過路徑變長，在等效電路中相當(dāng)于引人了級聯(lián)電感。但尺寸的過分縮減會引起天線性能的急劇惡化。 (4)附加有源網(wǎng)絡(luò)?？s小無源天線的尺寸，會導(dǎo)致輻射電阻減小，效率降低。可用有源網(wǎng)絡(luò)的放大作用及阻抗補(bǔ)償技術(shù)來彌補(bǔ)這一缺陷。 (5)可以采用特殊天線結(jié)構(gòu)形式?？偟乃悸肪褪鞘固炀€的等效長度大于其物理長度，以實(shí)現(xiàn)小型化。如采用蝶形、倒F型(PIFA)，L型、E型、雙C型等,文獻(xiàn)一 分析,結(jié)構(gòu)：方形貼片天線，中心處單點(diǎn)饋電 特點(diǎn)：設(shè)計(jì)簡單，但是要完成性能指標(biāo)在不改變形狀的前提下只能改材質(zhì)的介電常數(shù)。 優(yōu)點(diǎn)：設(shè)計(jì)形狀簡單采用方形單饋電方式 缺點(diǎn)：對材質(zhì)要求很高，不能在現(xiàn)實(shí)控制成本的前提下做 在不計(jì)算成本的純理論仿真可以輕松實(shí)現(xiàn)指標(biāo)，但是對設(shè)計(jì)天線本身沒用,天線形狀,天線所用的基板材質(zhì),文獻(xiàn)二 分析,結(jié)構(gòu)：單點(diǎn)饋電技術(shù)，圓形貼片天線設(shè)計(jì) 特點(diǎn)：省去了饋電網(wǎng)絡(luò)，從而減小了天線的體積，降低了天線的剖面。并且在設(shè)計(jì)中，考慮了與其它衛(wèi)星定位系統(tǒng)的兼容 對于主模TM01模來說，饋電點(diǎn)的位置是沿著半徑變化的越靠近貼片的外邊沿，其輸入阻抗越大。同樣，越靠近圓心其輸入阻抗越小。在有微擾時(shí)，簡并模的輸入阻抗及極化方向與離開微擾點(diǎn)的圓周距離有關(guān)。也就是說，饋電點(diǎn)在圖2所示的A點(diǎn)饋電是右旋圓極化、在B點(diǎn)饋電則為左旋圓極化。,天線形狀,文獻(xiàn)三 分析,結(jié)構(gòu)：矩形貼片單點(diǎn)饋電，通過切角實(shí)現(xiàn)圓極化。 特點(diǎn)：用帶線或同軸探針激勵(lì)時(shí)，電磁場在貼片和接地板問建立。 一個(gè)形狀規(guī)則的矩形微帶天線由一點(diǎn)饋電可產(chǎn)生極化正交幅值相等的二簡并模，但不能形成9O度的相位差。為使二簡并模問形成9O度的相位差必須在規(guī)則形狀單元上附加一筒并模分離單元，使簡并模諧振頻率產(chǎn)生分離。當(dāng)矩形微帶貼片天線附加分離單元S之后(如圖2所示)，其波數(shù)就不同了。,文獻(xiàn)四 分析,結(jié)構(gòu)：基于空腔模型理論，用內(nèi)環(huán)開槽的圓環(huán)形微帶天線結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了GPS天線的圓極化設(shè)計(jì)。 特點(diǎn)：單點(diǎn)饋電圓極化微帶天線無需功分器和移相器等正交饋電網(wǎng)絡(luò)，結(jié)構(gòu)比雙點(diǎn)饋電簡單。 圓環(huán)形GPS天線結(jié)構(gòu)的分析圓環(huán)形GPS天線結(jié)構(gòu)如圖1所示， 圓環(huán)外半徑為b， 內(nèi)半徑為a，介質(zhì)板介電常數(shù)為，圓環(huán)內(nèi)邊界開了相對的兩個(gè)縫隙，適當(dāng)調(diào)節(jié)縫隙的大小，使得天線主模TM模式分解為兩個(gè)極化正交、幅度相等、相位相差9O度的線極化波。,文獻(xiàn)五 分析,結(jié)構(gòu)：通過單個(gè)探針饋電的雙層正方形切角的微帶貼片天線。此天線采用不同介電常數(shù)的微波陶瓷基片，與常規(guī)的雙頻圓極化天線相比，其尺寸減小了且沒有在兩層貼片間引入空氣層，結(jié)構(gòu)緊湊，便于加工。 特點(diǎn)：雙基層的雙頻段設(shè)計(jì)。上下層選用不同介電常數(shù)的微波陶瓷基片，相對介電常數(shù)分別為=12和=92，基片厚度為h1=h2=3mm探針通過下層貼片的鉆孔連接到上層貼片上，下層貼片是上層貼片的寄生單元，通過上層貼片電磁耦合饋電由上下層貼片尺寸分別控制諧振頻率，選擇正方形切角大小來實(shí)現(xiàn)圓極化輻射。,文獻(xiàn)六 分析,結(jié)構(gòu)：一種三頻圓極化微帶貼片天線，天線能夠同時(shí)工作在GPS L1、L2波段和GLONASS波段。天線將兩層層疊輻射貼片和饋電網(wǎng)絡(luò)集成在一起，層疊結(jié)構(gòu)保證了天線的緊湊。雙饋電結(jié)構(gòu)與圓極化饋電網(wǎng)絡(luò)保證了天線具有良好的阻抗帶寬和圓極化特性。 特點(diǎn)：。天線采用兩點(diǎn)正交饋電的圓極化微帶天線形式，利用疊層貼片實(shí)現(xiàn)三頻工作。上下兩層貼片天線通過探針分別與天線底部的功分移相器相聯(lián)接，功分移相器對兩點(diǎn)正交饋電的圓極化微帶天線進(jìn)行圓極化饋電，產(chǎn)生兩路幅度相等、相差90。的信號。,文獻(xiàn)七 分析,結(jié)構(gòu)：本文的微帶天線是在標(biāo)準(zhǔn)矩形微帶天線上切去AS面積所形成，而切去部分的S可理解為在標(biāo)準(zhǔn)矩形微帶天線上附加了一個(gè)s(s0)，這附加AS即為簡并模分離單元，而饋電點(diǎn)正好在標(biāo)準(zhǔn)矩形微帶天線的對角線上，這樣就構(gòu)成了B型圓極化微帶天線。該GPS微帶天線是一種單點(diǎn)饋電的矩形圓極化微帶天線，圖中A為電位饋電點(diǎn)，左邊凸出部分和饋電位置為實(shí)現(xiàn)圓極化的需要。左邊凸出部分，實(shí)際上是在標(biāo)準(zhǔn)矩形微帶天線上切去S面積所形成。 特點(diǎn)：基于經(jīng)典的微帶天線分析方法的基礎(chǔ)上，在標(biāo)準(zhǔn)矩形微帶天線上切去AS面積所形成的單點(diǎn)饋電的矩形圓極化微帶天線，具有設(shè)計(jì)簡單、成本低、容易加工制作等特點(diǎn)。天線的其他各項(xiàng)性能參數(shù)都比較良好，但是由于FR45基板的損耗比較大等原因，天線的增益還是不太理想。比較適合應(yīng)用于低成本的GPS接收機(jī)中。在實(shí)際應(yīng)用中，可在微帶天線后加接兩級晶體管放大器，為避免偏頻干擾，還可以加接陶瓷濾波器。,文獻(xiàn)八 分析,結(jié)構(gòu)：本天線在輻射貼片上設(shè)置了4個(gè)相同的L形狀的槽，使表面電流路徑變彎曲，路徑延長，貼片的等效尺寸相對變大，諧振頻率下降，實(shí)現(xiàn)了小型化。 特點(diǎn)：開槽的長度、寬度要結(jié)合中心頻率和S綜合考慮來確定。雖然開槽可以減小尺寸，但是開得過長、過寬則會影響天線其他性能。,結(jié)束語,結(jié)合我實(shí)習(xí)經(jīng)驗(yàn)來看目前貼片天線在手機(jī)天線應(yīng)