卫星导航终端的小型化方形四臂缝隙螺旋天线
发布时间：2021-03-29 13:07
设计了一种卫星导航终端的小型化四臂缝隙螺旋天线。天线为方形柱状结构,四条缝隙螺旋臂印制在介质基板外表面,馈电网络印制于介质基板内表面进行耦合馈电;馈电网络为弯折的微带线结构,并延伸至天线底部实现同轴馈电。天线尺寸为23.6 mm×23.6 mm×53.0 mm,实测结果表明,|S11|≤-10 dB的阻抗带宽为7.63%（1.512～1.632 GHz）,轴比≤3 dB的圆极化带宽为3.35%（1.556～1.609 GHz）,在北斗B1频段中心频率（1.561 GHz）和GPS L1频段中心频率（1.575 GHz）处增益分别达到4.31 dBi和4.84 dBi。该天线采用缝隙螺旋结构,并通过简易的馈电网络耦合馈电实现螺旋天线的圆极化,结构小巧简单,适合批量生产,可应用于卫星导航系统终端设备。
【文章来源】：微波学报. 2020,36(03)北大核心CSCD
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
天线结构图
图2给出了天线在频率1.575 GHz时的缝隙中电场和等效磁流在不同时刻的分布图。当t=0时,电场和磁流最强的为缝隙1和3,其中缝隙1的电场方向斜向上,等效磁流方向沿缝隙螺旋臂向下;缝隙3的电场方向斜向下,等效磁流方向沿缝隙螺旋臂向上,如图2(a)所示。当t=T/4=90°/ω时(T为该频率下对应的周期),电场强度最强的缝隙变为2和4,缝隙2的电场方向斜向下,等效磁流方向沿缝隙螺旋臂向上;缝隙4的电场方向斜向上,等效磁流方向沿缝隙螺旋臂向下,如图2(b)所示。同理,当t=T/2=180°/ω、t=3T/4=270°/ω时,电场强度最强的缝隙又分别变为1和3、2和4,电场强度的方向及对应磁流的方向分别与t=T/2=180°/ω、t=3T/4=270°/ω方向相反,如图2(c)和(d)所示。由图2可以看出,四个螺旋缝隙中的等效磁流分布满足幅度相等、相位相差90°的圆极化条件。从图2中电场矢量分布可以看出,缝隙电场谐振于半波长模式,对应于半波长的等效谐振磁流,根据电磁对偶原理,该天线的辐射类似于传统的四臂螺旋天线。2.2 参数分析
螺旋臂长度Lf对应为1.575 GHz半波长长度,Lf长度变化将会影响天线的谐振频率,图3(a)和(b)分别给出了Lf长度对天线端口反射系数|S11|和轴比(AR)的影响。从图中可以看出,随着Lf长度增大,|S11|曲线和轴比曲线都具有向低频偏移的趋势,其原因是本文缝隙螺旋谐振于半波长模式,Lf增大将使谐振频率向低频偏移。经过仿真优化,确定Lf长度为84.8 mm时,|S11|阻抗带宽和轴比带宽为最优值。图4(a)、(b)分别给出了L1长度对天线反射系数|S11|和轴比的影响。从图中可以看出,L1变化对天线的阻抗匹配和轴比有一定的影响,同时|S11|和轴比曲线的最低点向低频偏移,其原因为L1长度变大增加了馈线与天线导体面间的耦合电容。经过仿真优化,L1长度为16 mm时,天线性能最佳。弯折形状有利于增加馈线长度,进而减小天线体积。馈电网络末端延伸至天线接地板,采用底部同轴馈电。
【参考文献】：
期刊论文
[1]一种宽频带导航天线的研究与设计[J]. 郑一,李海岩,纪涛涛,曹振新. 微波学报. 2019(01)
[2]一种小型化宽带宽波束平面四臂螺旋天线[J]. 王德才,冯梅,陈波,付磊. 现代雷达. 2018(04)
本文编号：3107600
【文章来源】：微波学报. 2020,36(03)北大核心CSCD
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
天线结构图
图2给出了天线在频率1.575 GHz时的缝隙中电场和等效磁流在不同时刻的分布图。当t=0时,电场和磁流最强的为缝隙1和3,其中缝隙1的电场方向斜向上,等效磁流方向沿缝隙螺旋臂向下;缝隙3的电场方向斜向下,等效磁流方向沿缝隙螺旋臂向上,如图2(a)所示。当t=T/4=90°/ω时(T为该频率下对应的周期),电场强度最强的缝隙变为2和4,缝隙2的电场方向斜向下,等效磁流方向沿缝隙螺旋臂向上;缝隙4的电场方向斜向上,等效磁流方向沿缝隙螺旋臂向下,如图2(b)所示。同理,当t=T/2=180°/ω、t=3T/4=270°/ω时,电场强度最强的缝隙又分别变为1和3、2和4,电场强度的方向及对应磁流的方向分别与t=T/2=180°/ω、t=3T/4=270°/ω方向相反,如图2(c)和(d)所示。由图2可以看出,四个螺旋缝隙中的等效磁流分布满足幅度相等、相位相差90°的圆极化条件。从图2中电场矢量分布可以看出,缝隙电场谐振于半波长模式,对应于半波长的等效谐振磁流,根据电磁对偶原理,该天线的辐射类似于传统的四臂螺旋天线。2.2 参数分析
螺旋臂长度Lf对应为1.575 GHz半波长长度,Lf长度变化将会影响天线的谐振频率,图3(a)和(b)分别给出了Lf长度对天线端口反射系数|S11|和轴比(AR)的影响。从图中可以看出,随着Lf长度增大,|S11|曲线和轴比曲线都具有向低频偏移的趋势,其原因是本文缝隙螺旋谐振于半波长模式,Lf增大将使谐振频率向低频偏移。经过仿真优化,确定Lf长度为84.8 mm时,|S11|阻抗带宽和轴比带宽为最优值。图4(a)、(b)分别给出了L1长度对天线反射系数|S11|和轴比的影响。从图中可以看出,L1变化对天线的阻抗匹配和轴比有一定的影响,同时|S11|和轴比曲线的最低点向低频偏移,其原因为L1长度变大增加了馈线与天线导体面间的耦合电容。经过仿真优化,L1长度为16 mm时,天线性能最佳。弯折形状有利于增加馈线长度,进而减小天线体积。馈电网络末端延伸至天线接地板,采用底部同轴馈电。
【参考文献】：
期刊论文
[1]一种宽频带导航天线的研究与设计[J]. 郑一,李海岩,纪涛涛,曹振新. 微波学报. 2019(01)
[2]一种小型化宽带宽波束平面四臂螺旋天线[J]. 王德才,冯梅,陈波,付磊. 现代雷达. 2018(04)
本文编号：3107600
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