关键字 |
| 双波段天线，折叠槽天线，伽利略，GLONASS, GNSS, GPS，槽天线。 |
介绍 |
| 随着GPS、GLONASS和GALILEO等几种GNSS的部署，以及开发能够接收任何GNSS信号的系统的需求日益增长，有必要为至少三个主要系统(GPS、GALILEO和GLONASS)设计一种可在所有频段工作的紧凑天线。 |
| 如图1所示，GPS卫星使用以频率为中心的三个不同波段发射信号: |
| L1: 1 575.42 MHz, L2: 1 227,60 MHz, L5: 1 176,45 MHz。 |
| 伽利略卫星以以下频率为中心，使用三个不同的波段发射信号: |
| L1: 1 575.42 MHz, E6: 1 278.75 MHz, E5: 1 191.79 MHz |
| GLONASS卫星使用两个以频率为中心的不同波段传输信号: |
| G1: 1 248 MHz, G2: 1 600 MHz[1]—[3]。 |
| 宽带多波段天线的设计方法之一是在辐射元件[4]、[5]上设置插槽。 |
| 本文提出了一种新型的双波段矩形CPW折叠槽天线。该天线设计用于三个GNSS系统GPS、GALILEO和GLONASS的所有波段。天线由“FEKO 6.3”[6]模拟，由“反馈天线实验室52-200”制造和测量。 |
LITEARTURE调查 |
| 随着电信系统的扩散和小型化及其在受限环境中的集成，如智能手机、平板电脑、汽车、飞机和其他嵌入式系统。设计紧凑的多波段和超宽带(UWB)天线成为必要。在这种天线的设计中，采用了分形几何或在辐射元件[7]-[10]上加槽等技术。 |
天线几何 |
| 天线的几何结构如图2所示。天线打印在相对介电常数为ε的FR4介质衬底上r= 4.3，厚度H=1.6mm，损耗切线= 0.025，由50 Ω CPW传输线馈电，信号带宽度Wf，信号带与地平面之间的间隙距离G。一些研究已经使用了这种馈电模式，因为它是增加天线[10]-[14]带宽的技术之一。 |
| 天线参数为:W=60mm, Ws1=50mm, Ws2=42mm, L=60mm, Ls1=50mm, Ls2=36mm, G=0.5mm, Wf=1.5mm, D=3mm, L1=1mm, H=1.6mm。 |
天线设计 |
A.贴片天线 |
| 在FEKO仿真中，估计贴片天线的谐振频率对于了解贴片天线的尺寸是非常重要的。 |
| 基于传输线模型(TLM)，贴片天线的谐振频率(Fres)近似为式(1)[15] |
 (1） |
| 与:c = 3.108女士－1 |
| εr:介电的相对介电常数 |
| W:贴片的宽度 |
| 例如，如果fres=2.2GHz， εr = 4.3，则patch的宽度为42mm。 |
| 利用FEKO软件设计参数为W=42mm, L=36mm, H=1.6mm的贴片天线(图3)。仿真结构的S11特性如图4所示。结果表明，天线工作频率为1849MHz, S11= -11.46dB，带宽(-10 dB)为38 MHz。我们观察到这个值对于TLM模型给出的谐振频率是不同的，因为FEKO软件是基于全波方法:矩法(MoM)。与TLM方法[7][12]相比，MoM、有限积分技术(FIT)和有限元方法(FEM)等全波方法更准确 |
B.贴片天线的馈电方式 |
| 有许多配置可以用来馈送贴片天线。在本节中，我们比较了三种馈电方式的效果:同轴探针(图5 - case1)、贴片背面接地面的微带线(图5 - case2)和贴片同一面接地面的微带线(图5 - case3)。 |
| 我们注意到，对于情况3(图6)，谐振频率低于情况1和2。这是在不增加天线体积和表面的情况下设计小型化天线的一个重要优势。我们还注意到，带宽比情况1和情况2的带宽大。 |
C. H1的选择 |
| 为了生成多共振天线，我们在贴片天线上设置一个槽，如图2所示。H1参数表示该槽位的位置。 |
| 我们将改变H1参数从2到5mm，步长为1mm。得到的结果如图7所示。我们可以认为H1=2mm最适合GNSS应用;表1显示了结果的详细信息。 |
| 我们注意到，对于H1=2mm和H1=3mm，天线可用于所有GNSS系统的所有频段。 |
结果与讨论 |
| 首先我们模拟了带槽和不带槽的贴片天线。如图8所示，插槽的设置提供了一个新的谐振频率。 |
| 之后，我们在PCB (Printed Circuit Board)上制作了天线，用Feedback antenna Lab 57-200测量了开缝贴片天线的S11，它可以测量1200-1800MHz频段的S11参数。我们注意到天线的实测和模拟S11几乎相同，即使我们观察到由于测量环境的原因，实测S11有一个小的不稳定性(图9)。 |
| 模拟得到的天线最大总增益在1200-1800MHz频段变化在0.2dB - 2.9dB之间(图10)。 |
| 我们还观察到仿真得到的天线三维总增益是双向的(图11) |
结论 |
| 用“FEKO 6.3”对一种双波段矩形CPW折叠槽天线进行了模拟，并在“反馈天线实验室52-200”进行了测量。 |
| 该天线可工作于GNSS系统的所有频段(L1-L2-L5-E5-E6-G1-G2)，最大增益在1200-1800MHz频段0.2dB - 2.9dB之间。 |
| 此外，还可以进一步改进以提高增益并使天线小型化。 |
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表格一览 |
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| 表1 |
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数字一览 |
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| 图1 |
图2 |
图3 |
图4 |
图5 |
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| 图6 |
图7 |
图8 |
图9 |
图10 |
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| 图11 |
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参考文献 |
- P.MisraandP。恩格，全球定位系统:信号，测量和性能。林肯，马萨诸塞州，美国:恒河-贾木纳出版社，2010。
- N. Samama著，全球定位:技术与绩效。美国纽约:Wiley, 2008。
- Jean-Marc Piéplu, GPS et Galileo: Systèmes de positioning par satellite, Eyrolles, ISBN: 978-2-212-11947- 3,2006
- FEKO 6.3用户手册，“EM软件和系统- s。A, 2013年10月，第1-1页。
- Ahmad A. Gheethan和Dimitris E. Anagnstou，“宽带和双频共面折叠槽天线(CFSAs)”IEEE天线与传播杂志，第53卷，第1期，pp 80-89, 2011年2月。
- 郑龙，王光明，“面向2.4/3.5/5.2/5.8 ghz无线局域网的三频折叠槽天线设计”，电磁学报，第43卷，pp115-123, 2013
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- A. Reha和A. Oulad Said，“RFID应用的三波段分形天线”，无线工程与技术，第4卷第4期，2013年，pp。171 - 176。doi: 10.4236 / wet.2013.44025。
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