陶瓷添加剂
基于HFSS的小型圆极化GPS微带天线设计与仿真水泥浆比重检测赵一飞;杨阳;杨洪亮;赵益民
【摘 要】设计了一种GPS小型圆极化微带方形贴片天线.通过表面开槽的方法来减小天线尺寸和提高天线的整体性能,达到小型化的目的.通过切角的方法实现天线圆极化的工作方式.利用HFSS仿真软件对天线的各项参数做了具体的优化分析,给出了各个参量变化对天线性能的具体影响,对以后进一步研究双频或多频圆极化天线具有一定的参考意义.设计的GPS微带天线比同频下圆极化微带天线尺寸减小了20％,S11参数在中心频率1.575 GHz处为-17 dB,频带宽度和轴比都有所提高,满足GPS的应用要求. 【期刊名称】《电子科技》
【年(卷),期】2014(027)003
【总页数】5页(P91-94,98)
【关键词】小型化;圆极化;GPS;HRSS
【作 者】赵一飞;杨阳;杨洪亮;赵益民
【作者单位】西安电子科技大学电子工程学院,陕西西安710071;西安电子科技大学电子工程学院,陕西西安710071;西安电子科技大学电子工程学院,陕西西安710071;西安电子科技大学电子工程学院,陕西西安710071
【正文语种】耳光室中 文
【中图分类】TN828.5
微带天线以其低轮廓、重量轻、成本低，易于共型和集成等优点，在实际中被广泛应用。由于现代集成电路技术和工艺的迅猛发展，GPS天线作为无线设备的终端，小型化的要求已经迫在眉睫。而圆极化的工作方式对于电磁波在传送以及接收方向上，比线极化波束有更多优势，加之电磁波在经过电离层时会产生法拉第旋转效应，使得圆极化在GPS上的应用极具其重要性。
本文用HFSS软件作为辅助设计，应用方形贴片，设计了一种符合频宽1.575 GHz的GPS微带天线，并讨论分析了馈入点、切角长度、开槽的长、宽度等因素对其S11特性的影响，
得出一些可供本方案使用的最佳天线参数，对深入研究也有一定参考意义。在小型化的方法选择上采用了开槽的方法，减小天线的尺寸。采用方形辐射贴片切角的方法实现圆极化，与其他天线相比较，易于实现，成本也较低。
1 微带天线圆极化概述及实现方法
1.1 天线圆极化概述
圆极化波是一等幅的旋转场，它可以分解为两正交等幅相位相差90°的线极化波，可分为左旋圆极化波和右旋圆极化波。微带圆极化天线的实用意义体现在:(1)圆极化天线可以接受任意极化的来波，且辐射也可以由任意极化天线收到;(2)在诸多领域广泛应用圆极化天线的旋向正交性;(3)圆极化波入射到对称目标时旋向旋转，因此应用于GPS能抑制雨雾干扰和抗多径反射［2］。
圆极化天线的基本电参数是最大增益方向上的轴比。轴比不大于3 dB的带宽，定义为天线的圆极化带宽。轴比将决定天线的极化效率。表征天线极化纯度的交叉极化鉴别率也可由轴比得出［2］。
1.2 微带天线圆极化的实现方法
微带天线的圆极化方法大致分为3类:(1)单馈法。主要是基于空腔模型理论，利用简并模分离元产生两个辐射正交极化的简并模工作，通过引入几何微扰来实现。这种方式无须外加相移网络和功率分配器，结构简单，成本低，适合小型化。但带宽窄，极化性能差。(2)多馈法。采用多个馈点馈电微带天线，可通过T形分支和3 dB电桥等馈电网络实现。这种方式可以提高驻波比带宽和圆极化带宽，抑制交叉极化。但馈电网络复杂，成本较高，天线尺寸大。(3)多元法。使用多个线极化辐射元，对每一个辐射元馈电，可看作天线阵，这种方式既具备多馈法的优点，而且馈电网络较为简化，增益高。缺点是结构复杂，成本高，尺寸大。
实现圆极化的基本方式分为:(1)切角;(2)准方形，近圆形，近等边三角形;(3)表面开槽(slots/slits);(4)带有调谐枝节(tuning－stub);(5)正交双馈，曲线微带型，行波阵圆极化［3］。
2 微带天线小型化概述及实现方法
多拉寻物大冒险2.1 微带天线小型化概述
随着科学技术的不断进步和应用需求的不断扩展，微带天线的小型化已经成为了研究的热点。与普通天线相比，微带天线实现了一维的小型化，具有低轮廓、可共型、易集成，便于获得圆极化，实现双频段、双极化工作等优点。但由于小天线的Q值较高，因此辐射效率低，频带窄。所以在设计过程中要综合考虑以获得良好的天线性能［6］。
气力提升机2.2 微带天线小型化的实现方法
从国内外的发展概况来看，实现微带天线小型化主要有以下几种方法:(1)天线加载。就是在微带天线上加载短路探针、低电阻切片电阻和切片电容以实现小型化。(2)采用特殊材料的基片。谐振频率与介质参数成反比，因此高介电常数的基片可以降低谐振频率，从而减小天线尺寸。但高介质基片极易激励出表面波，表面损耗增大，使天线增益减小，效率降低。(3)表面开槽。表面开槽引入微扰，改变表面电流路径，使电流绕槽边或缝边曲折流过路径变长，在等效电路中相当于引入了级联电感。但尺寸的过分缩减会引起天线性能的急剧恶化。(4)附加有源网络。缩小无源天线的尺寸，会导致辐射电阻减小，效率降低。可用有源网络的放大作用及阻抗补偿技术来弥补这一缺陷。(5)可以采用特殊天线结构形式。总的思路就是使天线的等效长度大于其物理长度，以实现小型化。如采用蝶形、倒F型(PIFA)，
L型、E型、双C型等。倒F型(PIFA，Planer Inverted－F Antenna)在手机天线实现双频或多频，小型化设计中得到了广泛应用，也是研究热点［6］。
虽然国内外对微带天线小型化做了大量研究，但是也存在很多不足，离真正的实用还有较长的距离，天线的性能与小型化之间也存在牵制，必须在不断的应用中寻最佳的平衡点。
3 小型圆极化GPS微带天线
3.1 理论阐述
上文介绍了缩减微带天线尺寸的几种方法及其优缺点。辐射贴片表面开槽的方法延长了贴片表面的电流路径，是小型化设计的主要方法。因为开槽在降低天线谐振频率的同时，可以保证足够的带宽和增益，对天线的影响不大，易于实现圆极化和双频双极化的要求。本天线在辐射贴片上设置了4个相同的L型槽，使表面电流路径变弯曲，路径延长，贴片的等效尺寸相对变大，谐振频率下降，实现了小型化的设计。贴片采用两个切角(分离元)产生两个正交的谐振模TM10模和TM01模，通过调整贴角和开槽的长度，以及在贴片上选择合适的馈电点位置，使谐振模TM10模和TM01模简并，从而产生圆极化波辐射［1］。
