微帶貼片天線forGPS.ppt

微帶貼片天線 for GPS,張杰 20112219 2011 111,目標,分析多篇文獻中的基于GPS微帶天線的優(yōu)缺點 總結看到過的天線結構和特點 逐一比較各個版本天線的優(yōu)缺點 找到最后自己的方案,總結,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生兩個輻射正交極化的簡并模工作，通過引入幾何微擾來實現(xiàn)。這種方式無須外加相移網(wǎng)絡和功率分配器，結構簡單，成本低，適合小型化。但帶寬窄，極化性能差。 (2)多饋法。 采用多個饋點饋電微帶天線，可通過T形分支和3 dB電橋等饋電網(wǎng)絡實現(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)絡復雜，成本較高，天線尺寸大。 (3)多元法。 使用多個線極化輻射元，對每一個輻射元饋電，可看作天線陣，這種方式既具備多饋法的優(yōu)點，而且饋電網(wǎng)絡較為簡化，增益高。缺點是結構復雜，成本高，尺寸大。,總結,實現(xiàn)圓極化的基本方式分為：(1)切角；(2)準方形，近圓形，近等邊三角形；(3)表面開槽(slo塢slits)；(4)帶有調諧枝(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現(xiàn)小型化。 (2)采用特殊材料的基片。諧振頻率與介質參數(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。但高介質基片極易激勵出表面波，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?？s小無源天線的尺寸，會導致輻射電阻減小，效率降低?？捎糜性淳W(wǎng)絡的放大作用及阻抗補償技術來彌補這一缺陷。 (5)可以采用特殊天線結構形式。總的思路就是使天線的等效長度大于其物理長度，以實現(xiàn)小型化。如采用蝶形、倒F型(PIFA)，L型、E型、雙C型等,文獻一 分析,結構：方形貼片天線，中心處單點饋電 特點：設計簡單，但是要完成性能指標在不改變形狀的前提下只能改材質的介電常數(shù)。 優(yōu)點：設計形狀簡單采用方形單饋電方式 缺點：對材質要求很高，不能在現(xiàn)實控制成本的前提下做 在不計算成本的純理論仿真可以輕松實現(xiàn)指標，但是對設計天線本身沒用,天線形狀,天線所用的基板材質,文獻二 分析,結構：單點饋電技術，圓形貼片天線設計 特點：省去了饋電網(wǎng)絡，從而減小了天線的體積，降低了天線的剖面。并且在設計中，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，簡并模的輸入阻抗及極化方向與離開微擾點的圓周距離有關。也就是說，饋電點在圖2所示的A點饋電是右旋圓極化、在B點饋電則為左旋圓極化。,天線形狀,文獻三 分析,結構：矩形貼片單點饋電，通過切角實現(xiàn)圓極化。 特點：用帶線或同軸探針激勵時，電磁場在貼片和接地板問建立。 一個形狀規(guī)則的矩形微帶天線由一點饋電可產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生分離。當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。,文獻四 分析,結構：基于空腔模型理論，用內環(huán)開槽的圓環(huán)形微帶天線結構實現(xiàn)了GPS天線的圓極化設計。 特點：單點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，結構比雙點饋電簡單。 圓環(huán)形GPS天線結構的分析圓環(huán)形GPS天線結構如圖1所示， 圓環(huán)外半徑為b， 內半徑為a，介質板介電常數(shù)為，圓環(huán)內邊界開了相對的兩個縫隙，適當調節(jié)縫隙的大小，使得天線主模TM模式分解為兩個極化正交、幅度相等、相位相差9O度的線極化波。,文獻五 分析,結構：通過單個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，結構緊湊，便于加工。 特點：雙基層的雙頻段設計。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現(xiàn)圓極化輻射。,文獻六 分析,結構：一種三頻圓極化微帶貼片天線，天線能夠同時工作在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)絡集成在一起，層疊結構保證了天線的緊湊。雙饋電結構與圓極化饋電網(wǎng)絡保證了天線具有良好的阻抗帶寬和圓極化特性。 特點：。天線采用兩點正交饋電的圓極化微帶天線形式，利用疊層貼片實現(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，功分移相器對兩點正交饋電的圓極化微帶天線進行圓極化饋電，產生兩路幅度相等、相差90。的信號。,文獻七 分析,結構：本文的微帶天線是在標準矩形微帶天線上切去AS面積所形成，而切去部分的S可理解為在標準矩形微帶天線上附加了一個s(s0)，這附加AS即為簡并模分離單元，而饋電點正好在標準矩形微帶天線的對角線上，這樣就構成了B型圓極化微帶天線。該GPS微帶天線是一種單點饋電的矩形圓極化微帶天線，圖中A為電位饋電點，左邊凸出部分和饋電位置為實現(xiàn)圓極化的需要。左邊凸出部分，實際上是在標準矩形微帶天線上切去S面積所形成。 特點：基于經典的微帶天線分析方法的基礎上，在標準矩形微帶天線上切去AS面積所形成的單點饋電的矩形圓極化微帶天線，具有設計簡單、成本低、容易加工制作等特點。天線的其他各項性能參數(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。比較適合應用于低成本的GPS接收機中。在實際應用中，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。,文獻八 分析,結構：本天線在輻射貼片上設置了4個相同的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，實現(xiàn)了小型化。 特點：開槽的長度、寬度要結合中心頻率和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。,結束語,結合我實習經驗來看目前貼片天線在手機天線應