一種GNSS雙頻圓極化天線的設計

2 天線模型的設計及優(yōu)化
基于腔膜理論結合表面開槽法(曲流技術)和短路銷釘加載技術，本文設計并優(yōu)化了一種新型的小型化層疊結構的微帶天線，其結構如圖2所示。它由上、下兩層貼片，短路探針及同軸線組成，采用雙層貼片，上、下兩層選用相同介電常數(shù)的聚四氟乙烯材料(相對介電常數(shù)εr1= εr2=4．4，損耗角正切值為tanδ=0．001)，基片厚度為4 mm。同軸線通過下層貼片的鉆孔連接到上層貼片，下層貼片是上層貼片的寄生單元，通過探針直接饋電。通過調節(jié)上、下兩層貼片的尺寸實現(xiàn)L1(1．575 GHz)和L2(1．227 GHz)兩個諧振頻率?；诓ò陮挾?、效率及帶寬性能的考慮選用正方形微帶貼片作為輻射單元，并在貼片邊緣對稱地開四個矩形槽，既保證了這種單元結構的對稱性，同時可實現(xiàn)良好的正交極化輻射特性；又可通過調節(jié)所開矩形槽的尺寸，在反射損耗基本不變的情況下極大地改善了天線的軸比帶寬，使其軸比帶寬在一定程度上得到了擴展；同時由于在貼片上開槽使貼片的表面電流路徑增長，降低了其諧振頻率，從而減小了貼片的尺寸，使其滿足了實際應用中要求的指標。

采用電磁仿真軟件CST，應用時域有限差分法對所設計的天線進行模擬仿真，通過仿真分析及優(yōu)化，下層貼片尺寸L2×L2=51．6 mm× 51．6 mm，縫隙的尺寸Ls2×Lw2=10．2 mm×5 mm，上層貼片尺寸L1×L1=39．5 mm×39．5 mm，縫隙的尺寸Ls1×Lw1=7．8 mm×5 mm?；谔炀€的對稱結構采用8個同軸饋點對天線進行饋電，上下兩層貼片均采用4個饋點錯位倒向饋電技術，使天線的相位中心和圓極化性能保持穩(wěn)定。
根據(jù)前面的設計所的得到的仿真結果如圖3～圖5所示。天線在1．521～1．629 GHz和1．153～1．313 GHz頻段上，反射損耗S11-10dB，且在中心工作頻點1．575 GHz和1．227 GHz上反射損耗S11分別為-18．1 dB和-20．9 dB(如圖3所示)。圖4為1．575 GHz和1．227 GHz頻段上天線的極化軸比仿真結果，由此可見，在1．575 GHz，天線在-59°～59°范圍內其極化軸比小于3 dB；在1．227 GHz，天線在-65°～+65°范圍內其極化軸比小于3 dB。圖5給出了1．575 GHz和1．227 GHz頻段上圓極化天線的方向圖仿真結果，該仿真結果說明，當頻率為1．575 GHz時，天線在ψ=0°方向的增益為6．1 dB，半功率寬度為104．5°；當頻率為1．227 GHz時，天線在ψ=O°方向的增益為8．4 dB，半功率寬度為90．9°，以上性能均滿足實際工程中的要求。

3 結語
應用腔膜理論和時域有限差分法分析并設計了雙層結構微帶層疊結構。該層疊結構微帶天線的設計結合了曲流技術和加載短路銷釘技術，使用CST電磁仿真軟件仿真。仿真結果表明，該天線的增益、阻抗帶寬等均優(yōu)于同結構的矩形貼片微帶天線，完全滿足GNSS天線的性能要求，天線還具有結構簡單、體積小、易于加工等諸多優(yōu)點，有望在無線通信領域中得到重要的應用。