GPS/WLAN信號同時(shí)接收的天線(xiàn)設計

本文討論的高增益、多頻段天線(xiàn)設計雖然尺寸小、重量輕，卻能接收和發(fā)射GPS和WLAN信號，并且能夠覆蓋WLAN的三個(gè)頻段。

　　對于尺寸小的天線(xiàn)而言，通常無(wú)法獲得高增益。但是在衛星通信應用中，天線(xiàn)卻必須設計得小而輕，并且能夠提供波束成型、寬頻帶及極化純度。在用于多頻段全球定位系統(GPS)和無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)(WLAN)的天線(xiàn)設計中，設計出一個(gè)帶有極化分集和高增益且寸小、重量輕的天線(xiàn)是可能的。

　　對于一個(gè)成功的天線(xiàn)設計來(lái)說(shuō)，極化是一個(gè)重要特性。對于空間應用，通常使用圓形極化(CP)，如右旋圓極化(RHCP)或左旋圓極化(LHCP)，用于發(fā)射、接收及同一頻譜范圍內的復用，以增加系統容量。盡管大多數WLAN系統要求線(xiàn)性極化，但最終圓形極化的使用會(huì )變成移動(dòng)系統的優(yōu)勢。

　　在考慮了幾種非傳統的方法之后，環(huán)狀輻射體技術(shù)被選作可能的解決方案。相對于其它方案而言，該方案采用諧振結構來(lái)有效地加長(cháng)了輻射電流的通路長(cháng)度(實(shí)現高增益)，而天線(xiàn)卻減小了25%至35%。該技術(shù)能夠滿(mǎn)足波形系數要求，而且能實(shí)現比尺寸更大的微帶貼片天線(xiàn)或諧振腔式螺旋天線(xiàn)更高的增益。

　　對于環(huán)狀天線(xiàn)，可以設計成多諧結構，這些諧振器可以被隔開(kāi)，也可以耦合，以適用于多頻或寬頻場(chǎng)合。

　　通過(guò)對各次模進(jìn)行相位調整，使它們以預定的方式工作，這樣，在適當方向的遠場(chǎng)，通過(guò)相位的疊加和相消，就可以實(shí)現高增益和波束成形。在大多數情況下，這些結構可能實(shí)現9dBic的增益(理論值)和17%的帶寬。 理論上，對應于分別為1.50:1, 2.0:1和3.0:1的電壓駐波比(VSWR)，可以相應實(shí)現15%、20%和30%的帶寬。遺憾的是，不可能找到一種能夠滿(mǎn)足所有頻率上的所需的物理和電氣性能的系統設計方法。不過(guò)，通過(guò)一些努力，找到一種滿(mǎn)足某些特定工作模式上的技術(shù)需求的設計方法是可能的。

　　圖1給出了一個(gè)經(jīng)過(guò)優(yōu)化設計的天線(xiàn)的EM仿真預測掃頻結果。該圖顯示了多個(gè)諧振點(diǎn)，不過(guò)并非所有的諧振點(diǎn)都用于衛星天線(xiàn)。最低的1.8GHz諧振點(diǎn)處的回波損耗優(yōu)于13dB，而在2.25GHz的高諧振點(diǎn)，回波損耗優(yōu)于17dB。如果結合各種因素，實(shí)現大約15%的10dB回波損耗帶寬是可能的。這將是一個(gè)出色的且適合于許多用途的寬帶天線(xiàn)。2.1GHz諧振點(diǎn)的回波損耗甚至更好，將近20dB。由于該天線(xiàn)的多諧振點(diǎn)，使得它能被用作為單個(gè)頻點(diǎn)的寬帶天線(xiàn)，也可適用于3個(gè)離散頻率的場(chǎng)合。

　　圖2給出了右旋圓極化(RHCP)天線(xiàn)的預測輻射方向圖。在1.8GHz的低端諧振點(diǎn)，增益約為5.5dBic(圖2的左上角)，而其頂點(diǎn)處的軸比約為13dB(圖2的左下角)。在2.25GHz的高端諧振點(diǎn)，增益大約為8dBic(圖2的右上角)，在該頻率上，軸比約為12dB(圖2的右下角)。

　　 從側視圖(圖4)上，可以觀(guān)察到使用同軸輸入連接器的天線(xiàn)輻射結構。天線(xiàn)周?chē)拇罂蛳薅ǖ姆秶荅M仿真程序的常規仿真區域，其中，被仿真的設備被限定在有限的邊界(框)內。合理選擇這個(gè)外圍邊界，使其對天線(xiàn)性能的影響減到最小。

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