设计4：圆极化微带天线设计

单馈电圆极化天线设计要求
类型范围：右旋圆极化GPS接收天线 中心频率：1.575GHz 波的轴比：小于2.0dB 馈电类型：单点馈电 介质基片：1.6mm的FR4 Epoxy
单馈电圆极化天线设计步骤
① 仿照设计2方法计算谐振频率1.575GHz辐射贴片初始尺寸： L=W=Lc=46.1mm 设置微调长度a=0.0143Lc
单馈电圆极化天线实现原理
右旋圆极 化馈电点
dp
W=Lc-a
d
y x
左旋圆极
dp 化馈电点
L=Lc+a
h
FR4 Epoxy
Kalio和Carver Coffey研究 证明，理论上当L/W=1.029 即a=0.0142LC时，TM01和 TM10两个模式的相位差为90o
由实际经验可以得到，此种结构的50Ω馈电点位于贴片对角线 上，且馈电点和辐射贴片顶点的距离dp在（0.35~0.39）d之间。 设馈电点到贴片中心距离为L1，则L1在（0.11~0.15）Lc之间
1.6mm Lc-Delta Lc+Delta 6.9mm
50mm L1
46.1mm 0.0143*Lc
查看天线的谐振点
m
f 1.53GHz
S11 -16.89dB
在初始尺寸下的谐振频率为1.53GHz，而设计要求中心频率为 1.575GHz，因此需要参数扫描分析谐振频率和Lc的关系
查看天线谐振频率和天线尺寸的关系
单馈电圆极化天线实现原理
同轴线的馈电点位于辐射贴片的对角线位置时，可以激发 TM10和TM01两个模式如果让辐射贴片的长宽相同，这样激发 的两个模式的频率相同、强度相等，而且两个模式电场的相位 差为零。若辐射贴片谐振长度Lc，微调谐振长度：L=Lc+a W=Lc-a。前者对应容抗，后者对应感抗，调节a的值，使每一 个阻抗实部和虚部相等（B=G），则两阻抗大小相等，相位分 别为-45和+45，这就满足了圆极化条件
Freq=1.575GHz
Theta=0 Phi=0
Freq=1.575GHz
<=-20 <=1
优化分析
优化分析结果
优化分析
查看天线优化后的性能
知识回顾 Knowledge Review
祝您成功！
① 将设计3的设计文件Dual_Patch.hfss改为CP_Patch.hfss并保存
② 添加并修改设计变量 ③ 修改端口位置：选中Port和Feed
Center Position：-L1，L2，0mm ④ 更改求解频率和扫频范围
中心频率：1.575GHz 扫频范围：1.3GHz~1.8GHz
H L0 W0 L1 Length L2 Lc Delta
查看输入阻抗和馈电位置的关系
添加L1的参扫：范围7.4mm~9mm，间隔0.2mm
分析结果：①输入阻抗随L1的变大而变大 ； ②当L1=8.8mm时，输入阻抗约为50Ω
优化分析
名称
符号
wk.baidu.com
范围
条件
L1 优化变量
Lc
8mm~9mm 44mm~45mm
dB(S(1,1))
目标函数 dB(AxialRatioVa lue)
添加参扫Lc：范围44mm~45.2mm，间隔0.1mm
分析结果：①谐振频率随Lc的变大而降低 ；
②当Lc在
44.4mm~44.5mm之间时，谐振频率在1.58GHz~1.57GHz之间
查看输入阻抗和馈电位置的关系
查看当Lc=44.45mm时的输入阻抗
实部 虚部
当工作频率为1.575GHz时，输入阻抗为（32.34+j8.51）Ω， 要使输入阻抗为50 Ω左右，则L1的值必须大于初始值6.9mm。
② 估算输入阻抗50Ω的同轴馈电点位置： x，y方向距贴片中心均为L1=0.15L=6.9mm
③ 使用HFSS仿真参数和优化功能给出谐振频率为1.575GHz贴片 天线的实际尺寸和实际馈电位置
④ 使用HFSS优化功能求的满足下列要求的贴片尺寸和馈电位置： S11 <-20dB，轴比小于1dB
单馈电圆极化天线HFSS仿真