一種小型化雙頻天線的設計

韓 旭

（南京8511 研究所，江蘇 南京 210007）

0 引言

微帶天線設計結構的不同對天線的性能有著很大的影響。雙頻疊層貼片天線較單層的天線在尺寸有所減小，但疊層的結構對天線方向圖的影響較為嚴重會增大軸比，且在制作工序上需耗費更多精力。在形狀設計上，由于正方形貼片的結構的對稱性有利于改善天線軸比，波瓣更寬、輻射效率更高，因此本文采用基于正方形的設計結構。

1 短支節加載天線的結構及參數的確定

本文設計了一種單層的雙頻微帶貼片天線，圖1 為該天線的仿真模型，基板的四個邊挖了四個半徑為1mm 圓柱形釘槽，使其與實測結果更為相似。經過多次仿真后，得出其圓心與最近的基板邊界皆相距2mm 可減少對天線性能的干擾程度。在矩形貼片的四周各伸出了一個長為3mm 寬為2mm 的矩形支節，用于在調整在加工后可能出現的頻率偏移。圖中貼片的邊長是R，采用Taconic CER-10 的介質板，板厚是6.36mm；采用正交雙同軸饋電實現天線的右旋圓極化工作。根據公式1 估算出對應于GPS 的L1(1575.42MHz)這個頻點的貼片邊長大概是29.86mm，仿真對比后設計R=26.1mm。跟用同種基板的常規貼片天線相比，貼片的尺寸縮小了23.6%。

其中，f0為貼片天線的工作頻率，c 為真空中的光速，εr為貼片邊長，為基板的介電常數。

圖1 天線的幾何模

2 仿真結果與分析

圖2 為天線的S11 參數圖，可以看出該天線的工作頻點覆蓋了GPS 的1575.42MHz、北斗的1575.42MHz、Galileo 的1559～1592MHz這幾個頻段，并且所有頻點的S11 都12dB，這意味著該天線可以兼容多種導航系統的制式。

圖2 天線的S11 參數圖

圖3 為該天線在GPS 的L1 頻點工作時的XOZ 面、YOZ 面的方向圖，其中天線工作在右旋圓極化狀態，具有良好的全向性。其中最大輻射方向在θ=0°時，最大增益=4.88dB，波瓣寬趨于140°。

圖3 天線在XOZ、YOZ 面面的方向圖

圖4 為該頻點下天線的軸比隨仰角變化的曲線，由圖可得在±45°的角度范圍內天線的軸比都小于3dB，且軸比最低點為θ=0°，其3dB仰角覆蓋范圍大于普通的圓極化微帶天線。

3 實驗數據分析

實驗中設計的實驗模型為含有饋電網絡的貼片天線，其中天線的饋電網絡用銅為貼片材料，采用Rogers 4350 基片。

天線的樣品圖片和測試結果如圖5 所示，圖中顯示的是天線的反射系數曲線，與圖2 對照著看可以發現，該天線的實測工作頻率與我們得仿真結果非常一致，這就證明了仿真設計是正確和有效的，另外天線的實測結果匹配程度更好并且帶寬更寬。

圖4 天線的軸比隨仰角變化的曲線

圖5 天線的樣品圖片與測試結果顯示

4 結論

本文設計的天線具有良好的阻抗匹配特性和圓極化性能，與常規的雙頻圓極化天線相比，天線的尺寸有效減小，結構較為緊湊，可有效覆蓋GPS L1 和GLONASS L1 兩個頻段，為GNSS 天線陣列單元的設計提供了一種參考方案。

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