一種GNSS雙頻圓極化天線(xiàn)的設計

2 天線(xiàn)模型的設計及優(yōu)化
基于腔膜理論結合表面開(kāi)槽法(曲流技術(shù))和短路銷(xiāo)釘加載技術(shù)，本文設計并優(yōu)化了一種新型的小型化層疊結構的微帶天線(xiàn)，其結構如圖2所示。它由上、下兩層貼片，短路探針及同軸線(xiàn)組成，采用雙層貼片，上、下兩層選用相同介電常數的聚四氟乙烯材料(相對介電常數εr1= εr2=4．4，損耗角正切值為tanδ=0．001)，基片厚度為4 mm。同軸線(xiàn)通過(guò)下層貼片的鉆孔連接到上層貼片，下層貼片是上層貼片的寄生單元，通過(guò)探針直接饋電。通過(guò)調節上、下兩層貼片的尺寸實(shí)現L1(1．575 GHz)和L2(1．227 GHz)兩個(gè)諧振頻率?；诓ò陮挾?、效率及帶寬性能的考慮選用正方形微帶貼片作為輻射單元，并在貼片邊緣對稱(chēng)地開(kāi)四個(gè)矩形槽，既保證了這種單元結構的對稱(chēng)性，同時(shí)可實(shí)現良好的正交極化輻射特性；又可通過(guò)調節所開(kāi)矩形槽的尺寸，在反射損耗基本不變的情況下極大地改善了天線(xiàn)的軸比帶寬，使其軸比帶寬在一定程度上得到了擴展；同時(shí)由于在貼片上開(kāi)槽使貼片的表面電流路徑增長(cháng)，降低了其諧振頻率，從而減小了貼片的尺寸，使其滿(mǎn)足了實(shí)際應用中要求的指標。

采用電磁仿真軟件CST，應用時(shí)域有限差分法對所設計的天線(xiàn)進(jìn)行模擬仿真，通過(guò)仿真分析及優(yōu)化，下層貼片尺寸L2×L2=51．6 mm× 51．6 mm，縫隙的尺寸Ls2×Lw2=10．2 mm×5 mm，上層貼片尺寸L1×L1=39．5 mm×39．5 mm，縫隙的尺寸Ls1×Lw1=7．8 mm×5 mm?；谔炀€(xiàn)的對稱(chēng)結構采用8個(gè)同軸饋點(diǎn)對天線(xiàn)進(jìn)行饋電，上下兩層貼片均采用4個(gè)饋點(diǎn)錯位倒向饋電技術(shù)，使天線(xiàn)的相位中心和圓極化性能保持穩定。
根據前面的設計所的得到的仿真結果如圖3～圖5所示。天線(xiàn)在1．521～1．629 GHz和1．153～1．313 GHz頻段上，反射損耗S11-10dB，且在中心工作頻點(diǎn)1．575 GHz和1．227 GHz上反射損耗S11分別為-18．1 dB和-20．9 dB(如圖3所示)。圖4為1．575 GHz和1．227 GHz頻段上天線(xiàn)的極化軸比仿真結果，由此可見(jiàn)，在1．575 GHz，天線(xiàn)在-59°～59°范圍內其極化軸比小于3 dB；在1．227 GHz，天線(xiàn)在-65°～+65°范圍內其極化軸比小于3 dB。圖5給出了1．575 GHz和1．227 GHz頻段上圓極化天線(xiàn)的方向圖仿真結果，該仿真結果說(shuō)明，當頻率為1．575 GHz時(shí)，天線(xiàn)在ψ=0°方向的增益為6．1 dB，半功率寬度為104．5°；當頻率為1．227 GHz時(shí)，天線(xiàn)在ψ=O°方向的增益為8．4 dB，半功率寬度為90．9°，以上性能均滿(mǎn)足實(shí)際工程中的要求。

3 結語(yǔ)
應用腔膜理論和時(shí)域有限差分法分析并設計了雙層結構微帶層疊結構。該層疊結構微帶天線(xiàn)的設計結合了曲流技術(shù)和加載短路銷(xiāo)釘技術(shù)，使用CST電磁仿真軟件仿真。仿真結果表明，該天線(xiàn)的增益、阻抗帶寬等均優(yōu)于同結構的矩形貼片微帶天線(xiàn)，完全滿(mǎn)足GNSS天線(xiàn)的性能要求，天線(xiàn)還具有結構簡(jiǎn)單、體積小、易于加工等諸多優(yōu)點(diǎn)，有望在無(wú)線(xiàn)通信領(lǐng)域中得到重要的應用。