微带贴片天线 for GPS

精品课件！
结束语
• 结合我实习经验来看目前贴片天线在手机天线应用 最为广泛，而且不用多层设计因为现在的设备要求 轻薄，天线高度受到严格控制。 • 所以我可能的方案就是：用方形贴片+切角形成圆 极化，在贴片天线上加槽，延长表面电流路径来做 小型化。或者使用手机中常用的倒F型结构来做小 型化（小型化实际意义是：使天线的等效长度大于 其物理长度，以实现小型化。）
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总结
• • • • • • • 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(slo坞／slits)；(4)带有调谐枝(tuning—stub)；(5) 正交双馈，曲线微带型，行波阵圆极化。 微带天线小型化的实现方法： (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人了级联电感。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
目标
• 分析多篇文献中的基于GPS微带天线的优 缺点 • 总结看到过的天线结构和特点 • 逐一比较各个版本天线的优缺点 • 找到最后自己的方案
总结
• • • 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。
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文献六 分析
• 结构：一种三频圆极化微带贴片天线，天线 能够同时工作在GPS L1、L2波段和GLONASS 波段。天线将两层层叠辐射贴片和馈电网络 集成在一起，层叠结构保证了天线的紧凑。 双馈电结构与圆极化馈电网络保证了天线具 有良好的阻抗带宽和圆极化特性。 特点：。天线采用两点正交馈电的圆极化微 带天线形式，利用叠层贴片实现三频工作。 上下两层贴片天线通过探针分别与天线底部 的功分移相器相联接，功分移相器对两点正 交馈电的圆极化微带天线进行圆极化馈电， 产生两路幅度相等、相差90。的信号。
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文献四 分析
• 结构：基于空腔模型理论，用内环开槽的 圆环形微带天线结构实现了GPS天线的圆极 化设计。 特点：单点馈电圆极化微带天线无需功分 器和移相器等正交馈电网络，结构比双点 馈电简单。 圆环形GPS天线结构的分析圆环形GPS天线 结构如图1所示， 圆环外半径为b， 内半 径为a，介质板介电常数为ε，圆环内边界 开了相对的两个缝隙，适当调节缝隙的大 小，使得天线主模TM模式分解为两个极化 正交、幅度相等、相位相差9O度的线极化 波。
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文献七 分析
• 结构：本文的微带天线是在标准矩形微带天线上切 去AS面积所形成，而切去部分的S可理解为在标准 矩形微带天线上附加了一个s(s<0)，这附加AS即为 简并模分离单元，而馈电点正好在标准矩形微带天 线的对角线上，这样就构成了B型圆极化微带天线。 该GPS微带天线是一种单点馈电的矩形圆极化微带 天线，图中A为电位馈电点，左边凸出部分和馈电 位置为实现圆极化的需要。左边凸出部分，实际上 是在标准矩形微带天线上切去S面积所形成。 特点：基于经典的微带天线分析方法的基础上，在 标准矩形微带天线上切去AS面积所形成的单点馈电 的矩形圆极化微带天线，具有设计简单、成本低、 容易加工制作等特点。天线的其他各项性能参数都 比较良好，但是由于FR45基板的损耗比较大等原因， 天线的增益还是不太理想。比较适合应用于低成本 的GPS接收机中。在实际应用中，可在微带天线后 加接两级晶体管放大器，为避免偏频干扰，还可以 加接陶瓷滤波器。
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天线形状
天线所用的基板材质
文献二 分析
• • 结构：单点馈电技术，圆形贴片天线设计 特点：省去了馈电网络，从而减小了天线 的体积，降低了天线的剖面。并且在设计 中，考虑了与其它卫星定位系统的兼容 对于主模TM01模来说，馈电点的位置是沿 着半径变化的越靠近贴片的外边沿，其输 入阻抗越大。同样，越靠近圆心其输入阻 抗越小。在有微扰时，简并模的输入阻抗 及极化方向与离开微扰点的圆周距离有关。 也就是说，馈电点在图2所示的A点馈电是 右旋圆极化、在B点馈电则为左旋圆极化。
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文献八 分析
• 结构：本天线在辐射贴片上设置了4 个相同的L形状的槽，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。 特点：开槽的长度、宽度要结合中 心频率和S¨综合考虑来确定。虽然 开槽可以减小尺寸，但是开得过长、 过宽则会影响天线其他性能。
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文献一 分析
• • 结构：方形贴片天线，中心处单点 馈电 特点：设计简单，但是要完成性能 指标在不改变形状的前提下只能改 材质的介电常数。 优点：设计形状简单采用方形单馈 电方式 缺点：对材质要求很高，不能在现 实控制成本的前提下做 在不计算成本的纯理论仿真可以轻 松实现指标，但是对设计天线本身 没用
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文献五 分析
• 结构：通过单个探针馈电的双层正方形切角 的微带贴片天线。此天线采用不同介电常数 的微波陶瓷基片，与常规的双频圆极化天线 相比，其尺寸减小了且没有在两层贴片间引 入空气层，结构紧凑，便于加工。 特点：双基层的双频段设计。上下层选用不 同介电常数的微波陶瓷基片，相对介电常数 分别为ε=12和ε=9．2，基片厚度为 h1=h2=3mm．探针通过下层贴片的钻孔连接 到上层贴片上，下层贴片是上层贴片的寄生 单元，通过上层贴片电磁耦合馈电．由上下 层贴片尺寸分别控制谐振频率，选择正方形 切角大小来实现圆极化辐射。
பைடு நூலகம்
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天线形状
文献三 分析
• • 结构：矩形贴片单点馈电，通过切角实现圆极 化。 特点：用带线或同轴探针激励时，电磁场在贴 片和接地板问建立。 一个形状规则的矩形微带天线由一点馈电可产 生极化正交幅值相等的二简并模，但不能形成 9O度的相位差。为使二简并模问形成9O度的相 位差必须在规则形状单元上附加一筒并模分离 单元，使简并模谐振频率产生分离。当矩形微 带贴片天线附加分离单元S之后(如图2所示)， 其波数就不同了。