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1、电磁场与微波一种新型低成本的圆极化GPS微带天线张予青,段成华(中国科学院研究生院工程教育学院,北京100049)摘要目前GPS接收机中所使用的微带天线为了缩小尺寸常常采用高介电常数的微波材料进行设计,但高介电常数的微波材料会引起表面波并且成本会很高。利用常用的FR4PCB板材并在微带贴片上采用开槽的方式,以增加电流路径降低谐振频率的方法来缩小天线的尺寸,从而得到低成本、小尺寸的圆极化GPS天线。利用全波电磁仿真环境HFSS进行3D建模与电磁仿真分析,得到天线的各项性能参数,仿真结果满足GPS接收机所需天线的性能要求。关键
2、词微带天线;微波材料;谐振频率;HFSS中图分类号TN8284文献标识码A文章编号1003-3106(2009)08-0038-03ANovelCompactandLowCostCircularlyPolarizedMicrostripAntennaforGPSApplicationZHANGYuqing,DUANChenghua(GraduateUniversityofChineseAcademyofSciences,Beijing100049,China)AbstractMicrostripAn
3、tennausedinmostGPSreceivershassurfacewaveissueandhighercostduetothehighpermittivitysinteredmicrowavematerialused.Inourwork,commonFR4PCBmaterialisused.Slitsintheradiationpatchisaddedtoforcethecurrenttofollowextrapaths,whicheffectivelylowerstheresonantfrequency.So,we
4、cangetthecompact,lowcostcircularlypolarizedGPSmicrostripantenna.Lastly,thispaperdescribestheimplementationof3Dmodelingandelectromagnetic(EM)fieldsimulationanalysisbyutilizingfullwaveEMfieldsimulatorHFSS.Thesimulationresultsshowthattheproposedantennacanmeetthesystem
5、requirementsinperformance.Keywordsmicrostripantenna;microwavematerial;resonantfrequency;HFSS0引言1GPS接收机天线的原理与小型化近年来,GPS应用已从少数科研单位和军用部1.1矩形圆极化微带天线的基本原理门迅速扩展到各个民用领域,GPS的广泛应用带来用微带天线产生圆极化波的关键是产生2个极了巨大的经济效益。在GPS接收机产品的设计中,化方向正交的、幅度相等的、相位差为90的线极化圆极化微带天线是其中的关键组件之一。GPS定位
6、[4,5]要求能够同时收到4颗以上的卫星信号,所以GPS波。产生圆极化波的一般方法是采用一点馈接收机的天线应具有全向性、主波束宽并向上、右旋电单片圆极化矩形微带天线!。由腔体模型理论知:极化的功能,以便能够消除来自地面的多路经反射一个形状规则的单片微带天线由一点馈电可以产生和降低电离层的影响。目前在很多产品中为了得到正交、幅度相等的2个简并模(TM10,TM01),但不能[4]性能好且尺寸小的GPS微带天线,常采用高介电、形成90的相位差。为了在简并模之间形成90相[1,2]高性能的微波介电材料进行设计,成本通常会位差,在
7、规则形状的单片方形微带天线上加一简并比较高。为了降低成本,本文利用普通的FR4PCB模分离单元(微扰腔),使简并正交模的谐振频率产板材并在微带贴片上采用开槽的方法增加电流路径生分离,当简并模分离单元大小选择合适时,对工作来降低谐振频率,在满足一般民用GPS产品对天线频率而言,一个模的等效阻抗相角超前45,而另一性能要求的条件下得到低成本、小尺寸的圆极化个模的等效阻抗相角滞后45,这样就形成了圆极化GPS天线。收稿日期:20090518382009RadioEngineeringVo139No8电磁场与微波[4,5
8、]辐射。尺寸被减小。但这种方法会使微带天线的特性变由腔体模型可知,当h<<时,谐振腔内只有差,如增益减小、频带降低、阻抗匹配灵敏变EZ分量。当矩形微带天线附加简并模分离单元后,差等;波数k10,k01就不同了,假设矩形微带天线只激励主∃将#中的短路柱换成集总元器件。微带
