【正文】 性電納的出現(xiàn)，其物理解釋為開口處出現(xiàn)邊緣電荷，等效為電容加大。等效電路與圖 26(a)的不同之處是： (1)它在微帶片開口端之間饋電，激勵源離始端距離 1X ； (2)探針本身要引入感抗，用 pY 表示。 圖 24 傳輸線法理論 模型 (2)傳輸線的兩個開口端 (始端和末端 )等效為兩個輻射縫隙，長為 W，寬為 h，縫隙場強即為傳輸線開口端場強。所以 ，兩路端的水平分量可以等效為無限大平面上同相激勵的兩個縫隙，縫 的電場方向與長邊垂直，并沿長邊 W均勻分布。 表 21 幾種類型天線的性能比較 合肥師范學(xué)院 2021 屆本科畢業(yè)論文 (設(shè)計 ) 4 類型 微帶 貼片 天線 縫隙天線 空腔襯底印制 天 線 印制偶極子天線 剖面 薄 不太薄 厚 薄 制作 很 容易 較 容易 團準(zhǔn) 較 容易 極化 線極化或圓 極 化 線極化 線極化或園極化 線極化 雙頻工作 可 以 不可 以 不可 以 不可 以 形狀 任意形狀 矩形 任意形狀 矩形或三角形 雜散輻射 有 有 沒有 有 帶寬 1%5% 1%2% 10% 10% 輻射 機制 微帶 貼片 天線是在微帶諧振器理論基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。 圖 21 貼片天線的基本 結(jié)構(gòu) 微帶天線的 特 點 微帶 貼片 天線 工作頻率一般 在 1～ 50GHz，在現(xiàn)代通信 ，尤其是個人通信中 ， 微帶 貼片 天線廣泛地 工作 于 100MHz 到 50GHz 的頻率范圍 [9]。 最后 ， 根據(jù) 天線的參數(shù)公式計算出天線的參數(shù)，利用 HFSS 軟件進行仿真，根據(jù)天 線的性能指標(biāo)進行優(yōu)化。 微帶天線由此開始快速的發(fā)展起來，尤其是 70 年代 ，在此期間是 微帶天線取得突破性進展的時期。 天線的通信也是從簡單到復(fù)雜的漸進的過程， 從 單一點 對點通信到現(xiàn)在覆蓋全球的衛(wèi)星通信系統(tǒng)， GPS 天線 毋庸置疑的扮演著 最 底層 、 最基本、 最前端的角色， 其作用 與 優(yōu)勢越來越明顯使得 它在 日常 生活中 地位 與日俱增，如今已成為現(xiàn)代文明不可缺少的 組成部分 [12]。 本科生畢業(yè)論文（設(shè)計） 題目 ： GPS 小型化天線設(shè)計 系 部 電子信息工程學(xué)院 學(xué)科門類 工 學(xué) 專 業(yè) 電子信息工程 學(xué) 號 姓 名 指導(dǎo)教師 2021年 5月 12日 裝 訂 線 合肥師范學(xué)院 2021 屆本科畢業(yè)論文 (設(shè)計 ) I GPS 小型化天線設(shè)計 摘 要 隨著 當(dāng)今世界 科技和 全球 定位系統(tǒng) (GPS)的 不斷的 快速 發(fā)展， 尤其 是 在導(dǎo)航 、 定位中的應(yīng)用 ，使得 人 對 GPS 天線 的定位和可靠性 需求 也 隨之提高 ， 不僅 僅 需要 GPS 天線 實現(xiàn)圓極化 ， 而且 對 GPS 天線的 便攜性、體積、 及與系統(tǒng)集成度方面的 需 求也 越來越高 ，特別是在 小型化的研究上。 隨著當(dāng)今世界科技和 全球 定位系統(tǒng) (GPS)的 不斷的快速 發(fā)展 ，個人 定位 與 導(dǎo)航系統(tǒng) 也越來越發(fā)達和普及， 尤其是在手機、汽車等都要裝配定位與導(dǎo)航系統(tǒng) ，這樣可以隨時隨地的定位個人的準(zhǔn)確位置。在 80 年代 ， 對 微帶天線 的研究 無論在理論 上的 深度 還是在 應(yīng)用 上 的 廣度 都 取 得了進一步的發(fā)展 [6]。 進行實物加工和實物測試，根據(jù)仿真結(jié)果和實物測試結(jié)果進行 誤差分析。 和通用的微帶天線微波天線相比，它有 一些優(yōu)點： (1) 便攜性、 重量輕 ， 體積小，低剖面 (2)電性能多樣化。當(dāng)介質(zhì)基片上的貼片 尺寸接近波長的 一半 時 ，也就是 說貼片 表面電流大小 接近信號頻率的諧振特征值時， 此時 滿足諧振模式 條件 時 ，微帶諧振器將開始諧振。縫大的寬度 Lh??，長度為 W，兩縫間距為 /2L ?? 。縫平面看作位于微帶片兩端的延伸面上，即是將開口面向上折轉(zhuǎn) 90176。 合肥師范學(xué)院 2021 屆本科畢業(yè)論文 (設(shè)計 ) 7 圖 25 微帶 貼片 天線等效電路 由圖 25 可見，微帶天線的輻射等效為二元縫隙陣的輻射，并且縫上等效磁流是均勻 的。 式 (24)是在二維場條件下推出的，故若縫隙的電長度不大時，此式不大適用，應(yīng)予重新推導(dǎo)。 選擇 恰當(dāng) 的饋電方式需要 根據(jù) 多種因素 來考慮 ， 但是其實質(zhì)都是差不多的，都是使輻射結(jié)構(gòu)與饋電結(jié)構(gòu)之間能夠有效地傳輸電磁波 ，也即兩者要 實現(xiàn) 阻抗匹配。 實現(xiàn)圓極化的基本方式 [18]： (1)切角 (truncated corners)； (2)表面開槽 (Slots/slits)； (3)帶有調(diào)諧枝節(jié) (tuning2stub)。其波長和相對介電常數(shù)的關(guān)系可以用下式表示 : 0rcf? ?? (31) 其中， c是真空中的光速， f是頻率， r? 是基底材料的相對介電常數(shù)。 短 路加載技術(shù)就是在微帶天線的輻射貼片上加載一個短路面、短路片或者 路探針，從而在貼片加載的地方形成一個短路零點，達到微帶天線小型化的目的。 最后，介紹通過采用曲流技術(shù)來實現(xiàn)天線的小型化方法。 (2) 增益： ≥ 3dB1220～ 1235MHz。例如切角或者加邊等，這個 “ 微擾量 ” 稱為天線的簡并單元。由于矩形微帶天線屬于一個開路 λ/2 線性諧振器，所以它可由下式求出： Q0=β/2а。 1 . 2 3 G H z 39。 1 . 2 3 G H z 39。 圖 46 天線實物 天線的實物測試結(jié)果 S11 參數(shù)的測試如圖 47 所示。 盡管本文對應(yīng)用于 GPS 系統(tǒng)的天線進行了研究和設(shè)計，但出于論文時間和作者水平的限制有許多工作尚需進一步完善。進一步改善其圓極化帶寬，加寬方向圖的輻射波束。 從 S 參數(shù)圖看天線的帶寬完全達到技術(shù)指標(biāo)。 0 d e g 39。 0 d e g 39。如表 41 所示 是 仿真的天線參數(shù) 表 表 41 仿真的天線參數(shù)表 材料 長度 寬度 高度 方形貼片 Global 38mm 38mm 0mm 介質(zhì)基片 Al2_03_ceramic 45mm 45mm 3mm 接地板 Global 90mm 90mm 0mm 切角 探針 /饋點 copper 坐標(biāo) (0,8,0) 半徑 合肥師范學(xué)院 2021 屆本科畢業(yè)論文 (設(shè)計 ) 15 由于方形貼片的長度 、切角的大小和饋電的位置都 會影響天線的 技術(shù) 指標(biāo) ，所以通過調(diào)節(jié)貼片的大小 、切角的大小和饋電點的位置 對天線的仿真進行優(yōu)化 。如果在對角線上則成為 B 型天線。1220～ 1235MHz。 通過改變貼片電流分布 改變了 微帶貼片天線的諧振頻率 ，曲流技術(shù)也即是應(yīng)用這一原理。短路墻一般可以縮減 50%的天線尺寸，短路片可以縮減的更多，根據(jù)當(dāng)前報道，用短路探針最多可以縮減 90%以上的尺寸。如果以貼片微帶天線為例，在特定頻率下， r? 增加 4倍則波長可以減小 1/2，也就是在特定頻率下天線的尺寸縮減了一半。軸比 小于 3dB 的帶寬 說明天線的實現(xiàn)圓極化性能 。 表 22 是幾種饋電方式的比較 。為了使頻帶加寬，可以增加基片的厚度，減小基片的 rε 值，這可以使傳輸線特性導(dǎo)納降低，再增加 W 使輻射電導(dǎo)提高。 利用圖 25 中所示等效電路 易于求得天線的輸入阻抗。 由以上兩條基本假設(shè)可以看出，當(dāng) L= mλ /2 時，兩縫上切向電場均為 x 方向，且等幅同相，它們等效為磁流，由于接地板的作用，相當(dāng)于有二倍磁流向上半空間輻射。微帶 貼片 天線 的 分析方法主要有三種 ， 傳輸線理論模型 是最早出現(xiàn)，同時也是相對簡單的 ，使用僅局限于矩形貼片 空腔模型理論 是更為嚴(yán)謹(jǐn)，使用范圍 更 廣 的 ，可用于各 種規(guī)則貼片，但基本上限于天線厚度遠小于波長的情況；最嚴(yán)格計算最復(fù)雜的是積分方程法 —即全波理論 [14]。 設(shè)輻射元的長為 L，寬為 W，介質(zhì)基片的厚度為 h，現(xiàn)將輻射元、介質(zhì)基片和接地板視為一段長為 L的微帶傳輸線， 使 傳輸線的兩端斷開 形成 斷 路，如圖 22所示。和其他天線相比，它也有一些缺點： (1)貼片天線的頻帶 一般 較窄， 大部分 是諧振式天線 ， 現(xiàn)在已經(jīng)有