全球定位系統(tǒng)中的小型介質(zhì)加載四臂螺旋天線.pdf

1、全球定位系統(tǒng)(G10bal Positioning System，GPS)是當(dāng)今應(yīng)用最廣泛的衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)，主要應(yīng)用于導(dǎo)航、測繪、監(jiān)測、授時(shí)、通信等多種領(lǐng)域。近年來，GPS定位技術(shù)在民用領(lǐng)域蓬勃發(fā)展，特別是在車輛導(dǎo)航和個(gè)人移動(dòng)終端定位這兩個(gè)方面，這些應(yīng)用對天線的小型化提出了迫切需求。四臂螺旋天線具有心形方向圖、良好的前后比及優(yōu)異的圓極化特性，是理想的全球定位系統(tǒng)(GPS)接收天線。 本文綜述了四臂螺旋天線的發(fā)展歷史和研究現(xiàn)狀，

2、分析了四臂螺旋天線的結(jié)構(gòu)組成、工作原理和性能特點(diǎn)，研究、設(shè)計(jì)并制作了一種小型化介質(zhì)加載四臂螺旋天線，該天線采用高介電常數(shù)的陶瓷介質(zhì)加載，體積縮小為原來的1/6左右，而性能基本保持不變，能夠應(yīng)用在GPS手機(jī)、PDAGPS等小型化GPS定位設(shè)備中。 論文工作與取得的主要成果有： 研究了四臂螺旋天線的工作原理和小型化解決方法。介紹了GPS系統(tǒng)工作原理及其信號特征，歸納了6PS系統(tǒng)對接收機(jī)天線的一般要求：天線具有上半球的全向方向

3、圖，極化方式為右旋圓極化，工作頻率為1575.42MHz和1227.6MHz，對于精確測量型接收機(jī)，還要求天線具有穩(wěn)定的相位響應(yīng)。在此基礎(chǔ)上，重點(diǎn)對四臂螺旋天線的結(jié)構(gòu)組成、工作原理和性能特點(diǎn)，包括正交饋電和平衡饋電等問題進(jìn)行了理論計(jì)算和分析，并研究了天線小型化和多頻化方法。 設(shè)計(jì)了一種尺寸為φlOmm×H17.8mm、采用εr=38的微波陶瓷介質(zhì)填充的小型化介質(zhì)加載四臂螺旋天線。該天線在頂部進(jìn)行饋電，底部采用扼流式套筒巴倫，實(shí)現(xiàn)

4、近似平衡饋電；采用在螺旋臂上開槽方法，實(shí)現(xiàn)天線的正交饋電。使用HFSS仿真軟件對天線進(jìn)行了仿真，得到了介質(zhì)加載后巴倫和螺旋臂的尺寸長度，研究表明，介質(zhì)加載對四臂螺旋天線的尺寸縮減能力大于雙臂螺旋天線，增加臂寬，天線諧振頻率降低。仿真結(jié)果表明，該天線具有良好的心形方向圖，3dB波束寬度大于120度；極化方式為右旋圓極化，在波束寬度內(nèi)軸比小于3dB，主方向上左右旋圓極化隔離度達(dá)到30dB，表現(xiàn)出良好的性能。 制作了微波陶瓷介質(zhì)填充的

5、小型化介質(zhì)加載四臂螺旋天線，達(dá)到了設(shè)計(jì)性能要求。對天線制作過程中的五個(gè)關(guān)鍵步驟進(jìn)行了重點(diǎn)研究，包括陶瓷基體制作、鍍覆銅膜、刻蝕螺旋臂、安裝饋電結(jié)構(gòu)及頻率和相位微調(diào)。對所制成的樣品天線進(jìn)行了測試，實(shí)測諧振頻率為1576.62MHz，10dB帶寬為5MHz，諧振點(diǎn)的回波損耗達(dá)到.17.5dB；實(shí)測3dB波束寬度為120。，天項(xiàng)增益為-3dBi；實(shí)測輸入阻抗為68.67-16.24iΩ。對測量結(jié)果和理論數(shù)據(jù)進(jìn)行了比較和分析，天線基本達(dá)到設(shè)計(jì)要