單饋雙頻GPS微帶天線(共4頁)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上小型化雙頻段GPS微帶天線彭祥飛， 鐘順時， 許賽卿 ，武強(qiáng)（1.上海大學(xué) 通信與信息工程學(xué)院，上海 ；2. 浙江正原電氣股份有限公司 浙江嘉興 ）摘要：最近為了滿足GPS定位準(zhǔn)確性和可靠性的需要，要求天線在GPS兩個頻率上實現(xiàn)圓極化。本文介紹一種通過單個探針饋電的雙層正方形切角的微帶貼片天線，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，天線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。文中給出天線的詳細(xì)設(shè)計及實驗結(jié)果，并進(jìn)行了討論，實測結(jié)果證明了本設(shè)計的有效性。 關(guān)鍵詞： 微帶天線；全球定位系統(tǒng)；雙頻段；圓極化； A COMPACT D

2、UAL-BAND GPS MICROSTRIP ANTENNAPENG xiang-fei, ZHONG Shun-shi, XU Sai-qing , WU Qiang（1. School of Communication and Information Engineering，Shanghai University,Shanghai ；2.Zhejiang Zhengyuan electric limited Company , Jiaxing Zhejiang ）Abstract: Recently in order to satisfy the demanded precision a

3、nd reliability for the globe positioning system(GPS) , the dual-band circularly polarized(CP) is required. This paper describes the design of a probe-fed stacking two corner-truncated square microstrip patch antennas, which are using two different relative permittivity microwave ceramic substrates.

4、Comparing with the conventional dual-band CP antenna with a same low relative permittivity and an air-gap layer between two patches, the size of this antenna is reduced and its fabrication is easier. Details of the proposed antenna design and experimental results are presented and discussed .The mea

5、sured results confirm the validity of this design. Key words: microstrip antenna；GPS；dual-band ; circular polarization1 引言近年來微帶天線由于它的尺寸小，成本低，易實現(xiàn)圓極化等優(yōu)點在全球定位系統(tǒng)（GPS）應(yīng)用中獨占鰲頭。大部分的GPS僅工作在L1頻率，通常的GPS微帶天線加工在高的厚陶瓷基片上1，這樣的天線低仰角性能好和帶寬足夠?qū)?，具有良好的廣角圓極化。為了滿足GPS一些特殊應(yīng)用，如高精度的一體化檢測或差分基準(zhǔn)系統(tǒng)2，GPS天線必須在L1/L2 兩個頻率(L1：1575MHz

6、,L2:1227MHz )上實現(xiàn)圓極化。如果用單饋電點實現(xiàn)雙頻圓極化，已經(jīng)發(fā)展了兩種微帶天線結(jié)構(gòu)：一種使用單塊貼片3,4, 其兩圓極化工作頻率比大約是1.5倍或更大些；另一種使用雙層貼片5-7，兩圓極化頻率比小于1.5倍。本設(shè)計中，L1和L2的頻率比為1.28倍，小于1.5倍，所以用雙層貼片設(shè)計能滿足GPS天線L1/L2兩個頻率的要求。但是，絕大多數(shù)文獻(xiàn)5-7報道的雙層貼片天線都加工在同一介電常數(shù)的兩塊基片上，基片中間引入空氣層（可采用泡沫材料來支撐上層），這樣既增大了尺寸，又不便于加工。本文介紹一種雙頻段GPS微帶天線的新設(shè)計, 通過單個探針饋電的雙層正方形切角的微帶天線貼片，它們印在不同介

7、電常數(shù)的微波陶瓷基片上。與常規(guī)的雙頻圓極化天線相比* 基金項目:國家自然科學(xué)基金（）資助項目 5-7，天線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。下文介紹了天線的設(shè)計及實驗結(jié)果，并進(jìn)行討論。 2 天線設(shè)計采用雙層貼片，下層貼片加工在厚度為介電常數(shù)為的材料上，上層貼片加工在厚度為介電常數(shù)為的材料上。圖1為天線的幾何結(jié)構(gòu)，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，基片厚度為。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。利用Ansoft的HFS

8、S軟件進(jìn)行仿真計算, 圖2為兩個諧振頻率的反射損耗隨饋電點偏離中心變化的計算結(jié)果，從圖中可以看出在處L1頻率反射損耗最小，而在處L2頻率反射損耗最小，但是在處兩個諧振的反射損耗為最佳,可以滿足兩個頻段要求。 專心-專注-專業(yè) 圖1 天線的結(jié)構(gòu)示意圖 圖2 S11隨饋電點d變化3 實驗結(jié)果根據(jù)上面設(shè)計加工了一副單饋電點雙頻GPS天線，并進(jìn)行了測試。圖3為實測的天線輸入阻抗Smith圓圖，可以看出，天線具有雙頻圓極化工作特性，兩個小的尖端出現(xiàn)在L1、L2頻率上。圖4為天線最大方向上實測的3dB軸比帶寬，在L1、L2頻率上軸比帶寬分別為16MHz(1.3%)、30MHz(2%)。圖5為天線增益測試曲

9、線圖，在L1、L2頻率上的增益分別達(dá)4.5dB,2.4dB，而且在它們附近天線增益比較平坦。圖6為天線的方向圖，點劃線為測量結(jié)果，實線為仿真結(jié)果，可以看出，測量與仿真的天線方向圖相當(dāng)吻合，證明了理論計算的有效性, 值得一提的是測量方向圖的低仰角比仿真結(jié)果還稍好些。4 結(jié)論 本文給出一種小型化單饋電點雙頻段GPS天線的設(shè)計和測試結(jié)果。從實驗結(jié)果可以看出，本文給出的這種天線性能較好，僅僅采用一個饋電點，選用兩種不同介電常數(shù)的微波陶瓷基片就可以工作于雙頻圓極化，與常規(guī)的雙頻圓極化天線相比，天線尺寸減小且沒有在兩層貼片間引入空氣層，便于加工，適合于GPS的特殊應(yīng)用。 圖3 天線輸入阻抗Smith圓圖（

10、a） (b)圖4 天線最大方向上的軸比 （a） （b） （a） (b) 圖5 天線的增益 （a）（b） 圖6 天線面輻射方向圖 致謝本論文的設(shè)計及加工在浙江正原電氣股份有限公司完成，并得到葛偉平及朱閱的寶貴意見及幫助，在此深表感謝。參考文獻(xiàn)1 TOKO AMERICA INC., A miniature patch antenna for GPS application, Microwave Journal，Aug.1997，116118.2 D.M. Pozar ,S.M. Duffy, A dual-band circularly polarized aperture-coupled st

11、acked microstrip antenna forglobal positional satellite, IEEE Trans Antennas Propagat, Nov. 1997, 45(11):1618-1625.3 G. Bin, M.H. Chen, K.L, Wong, Single-feed dual-band circularly polarized microstrip antenna, Electron Letter, 1998, 34(12): 1170-1171.4 K.P. Yang, K.L. Wong, dual-band circularly polarized square microstrip antenna, IEEE Trans. Antenna Propagat, March, 2001, 49(3): 377-38.5 J.Y. Jan, K.L. Wong, A dual-band circularly polarized stacked elliptic microstrip antenna, Microwave Opt. Tech. Lett., 2000,24(5):354-357.6 L.Boccia, G.Amendola,etc., A high-performance fre