最新gps小型化天線設(shè)計(編輯修改稿)
2024-07-27 03:39 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 U為傳輸線開口端電壓。如圖25所示是按傳輸線法建立的微帶貼片天線等效電路。圖25(a)為微帶線饋電方式，為縫隙輻射導(dǎo)納，為微帶片特性導(dǎo)納。圖25(b)為同軸線饋電方式，探針從接地板穿孔引出，稱為底饋。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；(2)探針本身要引入感抗，用表示。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。利用單縫的輻射場計算公式可以求出天線的輻射場為 (22)式中，為方向函數(shù)，r是微帶片中心到場點的距離。 利用圖25中所示等效電路易于求得天線的輸入阻抗。為此我們需要求出縫隙的輻射導(dǎo)納，然后用傳輸線公式進(jìn)行變換即可。當(dāng)變換后的阻抗為實數(shù)時，表明天線發(fā)生了諧振，即可就得天線的諧振頻率。當(dāng)縫隙的電長度W/較大時，無限長直縫隙的單位長度輻射導(dǎo)納為 (23)因此長為W的縫隙其輻射導(dǎo)納為 (24)注意到微帶貼片天線一般，故電納項是正值，即呈容性，并且此值電導(dǎo)項。這意味著計入這一電納項等效于傳輸線有些伸長，故諧振時傳輸線長度應(yīng)略小于/2。容性電納的出現(xiàn)，其物理解釋為開口處出現(xiàn)邊緣電荷，等效為電容加大。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)。輻射電導(dǎo)部分對應(yīng)輻射的實際功率，可將縫隙的輻射能流密度在半球面上積分求出 (25)當(dāng)時，上式化作此值通常比微帶傳輸線的特性導(dǎo)納小很多，接近開路狀態(tài)，因此限制了天線的阻抗頻帶。為了使頻帶加寬，可以增加基片的厚度，減小基片的值，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。由于微帶天線的輻射等效于二元縫隙陣，兩縫之間將存在互耦，故每個縫隙的輻射導(dǎo)納為 (26)此式中我們已經(jīng)假定兩縫隙的磁流是相等的，故我們可以通過求出縫隙陣在半球面的總輻射功率，然后除以2，就得到陣中每個縫隙的總輻射功率，從而求出每個縫隙的總輻射電導(dǎo)G為 (27)由圖25所示的等效電路，利用傳輸線公式可以立刻求得微帶天線的輸入導(dǎo)納。對于同軸線饋電的等效電路，它相當(dāng)于兩縫隙經(jīng)傳輸線變換后的導(dǎo)納并聯(lián)，再與探針的導(dǎo)納串聯(lián)。故輸入阻抗為=1/+j (28)其探針阻抗為 (29)傳輸線法簡潔明了、具有較強物理直觀性，同樣缺點也很明顯：首先，傳輸線法理論模型只能用于微帶貼片天線而且對貼片的形狀也有嚴(yán)格的要求；另一個缺點是存在很大的誤差，除了諧振點外，其它非諧振點隨頻率變化的曲線都有一定的誤差。 饋電原理微帶貼片天線的饋電會直接影響到其輸入阻抗從而影響天線的其它性能指標(biāo)，因而它對微帶貼片天線的非常必需[15]。微帶貼片天線的饋電方法有很多種，微帶貼片天線饋電除了微帶線饋電和同軸探針饋電兩種基本方式外，還包括臨近耦合微帶饋電、口徑耦合微帶饋電、共面波導(dǎo)饋電等新的饋電技術(shù)。選擇恰當(dāng)?shù)酿侂姺绞叫枰鶕?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。表22是幾種饋電方式的比較。表22 幾種饋電方式的比較特性同軸饋電微帶饋電臨近耦合口徑耦合共面波導(dǎo)結(jié)構(gòu)不是平面共面是平面是平面是平面?zhèn)屋椛涠喽喽喽嗌贅O化純度差差差非常好好制作難度很難容易較容易較容易需要調(diào)整可靠性較好較好好好好阻抗匹配較容易非常容易較容易容易容易帶寬窄窄較寬寬寬三 GPS小型化天線技術(shù) GPS天線的圓極化所謂極化反映的是：電磁波在空間傳播時，時變電磁矢量的幅度大小和方向在傳播方向的變化的情況[16]。而天線的極化則定義為電磁波中電磁分量相對于地面的方向。圓極化：電場矢量端點的軌跡在垂直于電磁波傳播方向的平面上投影是一個圓。而圓極化可根據(jù)旋轉(zhuǎn)方向可分為左旋極化(反時針方向旋轉(zhuǎn))和右旋極化(正時針方向旋轉(zhuǎn))兩種，而GPS小型化天線要滿足右手圓極化。GPS小型化天線要實現(xiàn)圓極化的最重要因素是在滿足實際應(yīng)用的需求，圓極化電磁波具有一些重要性質(zhì)[17]：(1)圓極化電磁波是電場和磁場方向幅度相等的旋轉(zhuǎn)場，利用切角實現(xiàn)的圓極化，因為可以產(chǎn)生兩正交等幅相位相差90度或270度的線極化波；(2)實現(xiàn)何種方式的圓極化只能輻射和接受特定方式的圓極化波，正是圓極化波的特定性質(zhì)，圓極化才會在實際生成中得到廣泛的應(yīng)用。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)。圓極化天線的電參數(shù)反應(yīng)就是最大增益方向上的軸比。軸比小于3dB的帶寬說明天線的實現(xiàn)圓極化性能。所以得出實現(xiàn)天線的圓極化基本方法：通過不同實現(xiàn)圓極化方式，從而產(chǎn)生在空間相互正交的線極化電場分量，而且二者振幅相等(簡并模)，相位相差90度。盡管圓極化天線各種各樣，但實現(xiàn)的原理都是相同的。 GPS天線的小型化下面先簡要探討一下微帶貼片天線小型化的具體方法，包括：增加介電常數(shù)、加載、曲流、采用平面倒F以及平面倒L結(jié)構(gòu)、采用分形結(jié)構(gòu)等。首先，介紹采用增加介質(zhì)材料介電常數(shù)來實現(xiàn)小型化[19]。電磁波在均勻介質(zhì)中的傳播速度依賴于介質(zhì)材料的介電性能，也就是材料的相對介電常數(shù)。其波長和相對介電常
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