小型化双频段GPS微带天线.doc

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1、小型化双频段GPS微带天线彭祥飞，钟顺时，许赛卿，武强（1.上海大学通信与信息工程学院，上海200072；2.浙江正原电气股份有限公司浙江嘉兴314003）摘要：最近为了满足GPS定位准确性和可靠性的需要，要求天线在GPS两个频率上实现圆极化。本文介绍一种通过单个探针馈电的双层正方形切角的微带贴片天线，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，天线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。文中给出天线的详细设计及实验结果，并进行了讨论，实测结果证明了本设计的有效性。关键词

2、：微带天线；全球定位系统；双频段；圆极化；ACOMPACTDUAL-BANDGPSMICROSTRIPANTENNAPENGxiang-fei,ZHONGShun-shi,XUSai-qing,WUQiang（1.SchoolofCommunicationandInformationEngineering，ShanghaiUniversity,Shanghai200072；2.ZhejiangZhengyuanelectriclimitedCompany,JiaxingZhejiang314003）Abst

3、ract:Recentlyinordertosatisfythedemandedprecisionandreliabilityfortheglobepositioningsystem(GPS),thedual-bandcircularlypolarized(CP)isrequired.Thispaperdescribesthedesignofaprobe-fedstackingtwocorner-truncatedsquaremicrostrippatchantennas,whichareusingtwod

4、ifferentrelativepermittivitymicrowaveceramicsubstrates.Comparingwiththeconventionaldual-bandCPantennawithasamelowrelativepermittivityandanair-gaplayerbetweentwopatches,thesizeofthisantennaisreducedanditsfabricationiseasier.Detailsoftheproposedantennadesign

5、andexperimentalresultsarepresentedanddiscussed.Themeasuredresultsconfirmthevalidityofthisdesign.Keywords:microstripantenna；GPS；dual-band;circularpolarization1引言近年来微带天线由于它的尺寸小，成本低，易实现圆极化等优点在全球定位系统（GPS）应用中独占鳌头。大部分的GPS仅工作在L1频率，通常的GPS微带天线加工在高的厚陶瓷基片上[1]，这样的天线低仰

6、角性能好和带宽足够宽，具有良好的广角圆极化。为了满足GPS一些特殊应用，如高精度的一体化检测或差分基准系统[2]，GPS天线必须在L1/L2两个频率(L1：1575MHz,L2:1227MHz)上实现圆极化。如果用单馈电点实现双频圆极化，已经发展了两种微带天线结构：一种使用单块贴片[3,4],其两圆极化工作频率比大约是1.5倍或更大些；另一种使用双层贴片[5-7]，两圆极化频率比小于1.5倍。本设计中，L1和L2的频率比为1.28倍，小于1.5倍，所以用双层贴片设计能满足GPS天线L1/L2两个频率的要求。

7、但是，绝大多数文献[5-7]报道的双层贴片天线都加工在同一介电常数的两块基片上，基片中间引入空气层（可采用泡沫材料来支撑上层），这样既增大了尺寸，又不便于加工。本文介绍一种双频段GPS微带天线的新设计,通过单个探针馈电的双层正方形切角的微带天线贴片，它们印在不同介电常数的微波陶瓷基片上。与常规的双频圆极化天线相比*基金项目:国家自然科学基金（600171020）资助项目[5-7]，天线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。下文介绍了天线的设计及实验结果，并进行讨论。2天线设计采用双层贴

8、片，下层贴片加工在厚度为介电常数为的材料上，上层贴片加工在厚度为介电常数为的材料上。图1为天线的几何结构，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，，基片厚度为。探针通过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。利用Ansoft的HFSS软件进行仿真计算,图2为两个谐振频率的反射损耗