微带贴片天线-for-GPS
多体制转发式卫星导航信号源的总体设计
多体制转发式卫星导航信号源的总体设计许志民【摘要】为解决机载接收机无法正常接收真实卫星导航信号的问题，提出了一种多体制转发式卫星导航信号源的总体设计方案，并分析了涉及的关键技术。
采用“接收机+发射机”的原理，通过对卫星导航信号接收、解扩解调、抗干扰、频率变换、调制扩频和放大等处理，实现信号的转发。
该方案支持当前全球多种主流卫星导航系统体制，例如 GPS、BDS 和 GLONASS 等信号，实际试验证明了其有效性。
该技术方案还可用于导航设备研制、调试和通信导航的集成验证等特殊场景。
%To solve the problem that airborne receiver cannot receive real satellite navigation signals,an o-verall design scheme of multi-band RF retransmission satellite navigation signals simulator is presented and related key techniques are analyzed. According to the prin ciple of “a receiver+a transmitter”,the RF sig-nals of satellite are retransmitted through receiving navigation signal,de-spread-spectrum and demodula-tion,anti-interference processing,changing carrier frequency modulation and spread-spectrum amplifying. The scheme is suitable for GPS,BDS and GLONASS signals. Engineering application proves its effective-ness. The scheme can be used extensively in satellite navigation equipment development and verification of integration of communication and navigation.【期刊名称】《电讯技术》【年(卷),期】2014(000)007【总页数】6页(P3-8)【关键词】卫星导航接收机;多频段;导航信号源;转发式;机载设备【作者】许志民【作者单位】中电科航空电子有限公司，成都 611731【正文语种】中文【中图分类】TN967在卫星导航接收机研制及卫星导航应用领域，卫星导航信号源都不可或缺。
一种非辐射边馈电的宽带双层微带贴片天线 详细教程讲解
一种非辐射边馈电的宽带双层微带贴片天线详细教程讲解1 引言由于微带天线具有低截面、轻重量、易加工等特点，这类天线在军事和民用领域的应用范围越来越广。
特别是近年来SAR（合成孔径雷达）技术的快速发展，人们对微带天线提出了越来越高的要求，希望在一个天线上能同时获得宽频带、大扫描角、高效率、低交叉极化的性能，并且具有馈电简单、易与馈电系统集成等多方面的优点。
微带贴片天线的馈电方式有多种，这其中以微带线共面馈电在结构形式上最为简单，同时组阵时易于实现与馈电网络的集成设计，应用较广。
微带馈电的矩形微带贴片天线自报道以来成为应用最为广泛的微带单元形式之一。
但此种矩形微带天线采用单层形式，带宽很窄（通常《3%），且馈电位置仅限于辐射边。
随后，国内外的科技工作者对各类矩形微带天线作了大量的研究。
为展宽工作带宽，介绍了一种辐射边馈电的双层微带贴片天线，其下层贴片为馈电元，上层导体贴片为寄生元，两层中间为低介电常数的介质层，该结构利用双谐振来展宽工作频带，此天线的最大工作带宽可达10%左右。
而则率先介绍了一种非辐射边共面馈电的单层矩形贴片天线，当该单元用于微带共面馈电阵列天线设计时可缩短馈电线的长度，简化馈电网络的设计，故其可用作高效微带阵列天线的设计，但其与普通单层矩形微带天线一样带宽较窄。
最近，专利提供了一种针对辐射边馈电双层矩形微带天线的交叉极化抑制技术，其方法是在上、下辐射贴片上同时开4个或4个以上缝隙，缝隙的取向与天线极化方向一致，通过抑制交叉极化的模式电流达到抑制天线单元交叉极化的目的。
将上述多种技术相结合，本文介绍了一种非辐射边馈电的新型双层微带贴片天线，并对该天线的性能特点及其在阵列中的应用情况进行了研究。
2 单元结构及仿真测试结果天线单元的结构组成如图1，为实现宽带工作采用与普通双层微带贴片天线相同的结构形式，整个天线主要由馈电微带板层、泡沫层、寄生微带板层及接地结构板四部分组成。
其中馈电微带板上蚀刻有馈电贴片与馈电微带线，寄生微带板上蚀刻有寄生贴片，为对寄生贴片起保护作用，图中寄生元贴片采用倒置结构。
一种新型小型圆极化GPS微带天线的设计与实现
微带天线理论分析表明［８］，微带天线在工作过程中会激励起表面波，其截止频率为 ．
ｆｃ一（ｎｃ／（４ｈ（ｅ。一１）１／２），
（１）
其中，厂ｃ为表面波截止频率，行为表面波的模式，Ｃ为真空中的光速，ｈ为介质厚度，ｅ，为介质衬底的相对介电
收稿日期：２００８—０９—２７ 基金项目：国家部委预研重点基金项目资助（９１４０Ａ０７０１１３０７ＤＺ４８０１） 作者简介：宋小弟（１９７４一），男，西安交通大学博士研究生．Ｅ－ｍａｉｌ：ｓｏｎｇｘｄ９４２＠ｓｉｎａ．ｃｏｍ．
（４，６）＝（２．２５∞，２．２２ ａｍ）
１８０
Ｌ——Ｊ——Ｊ——Ｊ———Ｌ二！Ｉ！—』．—Ｊ—．Ｊ—ｕ
３０％．从图５（ｂ）可以看出加ＥＢＧ结构后，天线的增益方向图在±４０。范围内得到改善，最大增益增加了约
０．２ ｄＢ，性能改善较明显，±４０。范围以外的辐射明显减弱．这表明贴片天线周围的ＥＢＧ结构确实有效抑制
了表面波．
３天线的制作与仿真结果
在仿真优化的基础上，采用高精度印制板加工工艺，制作了实物并进行了相关测试．图６（ａ）和（ｂ）分别 为天线单元实物的正面和背面照片，中心部分为圆极化微带贴片天线，天线周围为正方形Ｋｏｃｈ分形ＥＢＧ 结构．每个ＥＢＧ结构中心都有金属化过孔和背部的地板相连．图６（ｃ）和（ｄ）分别为采用Ａｇｉｌｅｎｔ ８７２０ＥＳ矢
部放大示意图．该设计基于一阶Ｋｏｃｈ矩形分形，将其四边上的凹陷用一个窄的Ｔ型窄缝隙代替．其中垂直
于每条边的窄缝长宽比值ｈ／ｗ＝４．３４ｒａｍ／０．６８ｍｍ－－≈６．４，平行于各边的窄缝宽度不变．图２（ａ）所示的４个
Ｔ型窄缝，两两相对的尺寸完全一致，相邻的两个顶部尺寸不同，分别为ｚ。和１ｚ．由微带天线理论可知，在矩
相对于普通矩形结构的微带贴片天线单元，该分形天线单元尺寸减小了约２７％．同时，采用ＥＢＧ结构使
1×2宽带微带贴片天线
1×2宽带微带贴片天线赵双领;张诚;毛臻;杨兵;丁涛杰【摘要】在无线通信系统中,微带贴片天线得到了广泛的应用,但其面临着工作带宽窄的缺陷.基于1×2的微带贴片,通过背馈的方式同时激励可辐射的工作模式TM10模以及反向TM20模,实现拓展工作带宽的效果.所提出的天线与传统的微带贴片天线相比,具有宽频带的优势;与已报道的微带天线宽频带设计技术相比,具有低剖面的效果.为验证理论预期的可实现性,设计了中心频率在6.5 GHz的天线案例.仿真结果表明,该天线的剖面高度为0.6λ0,10-dB匹配带宽为20％,增益为7.4 dBi,交叉极化小于-25 dB.【期刊名称】《电子与封装》【年(卷),期】2019(019)003【总页数】3页(P35-37)【关键词】微带天线;贴片天线;宽频带;低剖面【作者】赵双领;张诚;毛臻;杨兵;丁涛杰【作者单位】中国电子科技集团公司第五十八研究所,江苏无锡214072;中国电子科技集团公司第五十八研究所,江苏无锡214072;中国电子科技集团公司第五十八研究所,江苏无锡214072;中国电子科技集团公司第五十八研究所,江苏无锡214072;中国电子科技集团公司第五十八研究所,江苏无锡214072【正文语种】中文【中图分类】TN822+.81 引言随着无线通信系统的快速发展，宽频带天线的需求日益增长。
微带天线由于具有低剖面、重量轻、低成本以及可兼容性强的优势受到了广泛关注，被广泛运用在雷达、卫星等无线通信系统中[1-2]。
然而工作频带窄严重限制了其在宽频带需求下的应用。
为了拓展微带天线的工作带宽，科研工作者们提出了多种设计方法。
例如，采用L 状探针馈电的方式[3-4]，由于在馈电网络中引入等效电感电容结构从而可在天线通带内产生额外的反射零点，实现拓展天线工作频带的效果；也可以采用层叠贴片的方式拓展天线的工作频带[5-6]；在贴片上加载U形槽同样可达到拓展工作频带的目的[7-8]；又或者可在同一平面内加载微带半波长开路谐振器[9]，由于引入了额外的谐振点，天线的工作带宽同样可得到拓展。
微带贴片天线 for GPS
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文献五 分析
• 结构：通过单个探针馈电的双层正方形切角 的微带贴片天线。此天线采用不同介电常数 的微波陶瓷基片，与常规的双频圆极化天线 相比，其尺寸减小了且没有在两层贴片间引 入空气层，结构紧凑，便于加工。 特点：双基层的双频段设计。上下层选用不 同介电常数的微波陶瓷基片，相对介电常数 分别为ε=12和ε=9．2，基片厚度为 h1=h2=3mm．探针通过下层贴片的钻孔连接 到上层贴片上，下层贴片是上层贴片的寄生 单元，通过上层贴片电磁耦合馈电．由上下 层贴片尺寸分别控制谐振频率，选择正方形 切角大小来实现圆极化辐射。
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文献六 分析
• 结构：一种三频圆极化微带贴片天线，天线 能够同时工作在GPS L1、L2波段和GLONASS 波段。天线将两层层叠辐射贴片和馈电网络 集成在一起，层叠结构保证了天线的紧凑。 双馈电结构与圆极化馈电网络保证了天线具 有良好的阻抗带宽和圆极化特性。 特点：。天线采用两点正交馈电的圆极化微 带天线形式，利用叠层贴片实现三频工作。 上下两层贴片天线通过探针分别与天线底部 的功分移相器相联接，功分移相器对两点正 交馈电的圆极化微带天线进行圆极化馈电， 产生两路幅度相等、相差90。的信号。
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文献四 分析
• 结构：基GPS天线的圆极 化设计。 特点：单点馈电圆极化微带天线无需功分 器和移相器等正交馈电网络，结构比双点 馈电简单。 圆环形GPS天线结构的分析圆环形GPS天线 结构如图1所示， 圆环外半径为b， 内半 径为a，介质板介电常数为ε，圆环内边界 开了相对的两个缝隙，适当调节缝隙的大 小，使得天线主模TM模式分解为两个极化 正交、幅度相等、相位相差9O度的线极化 波。
• 结合我实习经验来看目前贴片天线在手机天线应用 最为广泛，而且不用多层设计因为现在的设备要求 轻薄，天线高度受到严格控制。 • 所以我可能的方案就是：用方形贴片+切角形成圆 极化，在贴片天线上加槽，延长表面电流路径来做 小型化。或者使用手机中常用的倒F型结构来做小 型化（小型化实际意义是：使天线的等效长度大于 其物理长度，以实现小型化。）
单馈双频GPS微带天线
小型化双频段GPS微带天线*彭祥飞1，钟顺时1，许赛卿2,1，武强1（1.上海大学通信及信息工程学院，上海 200072；2. 浙江正原电气股份有限公司浙江嘉兴 314003）摘要：最近为了满足GPS定位准确性和可靠性的需要，要求天线在GPS两个频率上实现圆极化。
本文介绍一种通过单个探针馈电的双层正方形切角的微带贴片天线，采用不同介电常数的微波陶瓷基片。
及常规的双频圆极化天线相比，天线尺寸减小了且没有在两层贴片间引入空气层，结构紧凑，便于加工。
文中给出天线的详细设计及实验结果，并进行了讨论，实测结果证明了本设计的有效性。
关键词：微带天线；全球定位系统；双频段；圆极化；A COMPACT DUAL-BAND GPS MICROSTRIP ANTENNAPENG xiang-fei, ZHONG Shun-shi, XU Sai-qing , WU Qiang（1.School of Communication and Information Engineering，Shanghai University,Shanghai 200072；2.Zhejiang Zhengyuan electric limited Company , Jiaxing Zhejiang 314003）Abstract: Recently in order to satisfy the demanded precision and reliability for the globe positioning system(GPS) , the dual-band circularly polarized(CP) is required. This paper describes thedesign of a probe-fed stacking two corner-truncated square microstrip patch antennas, which are using two different relative permittivity microwave ceramic substrates. Comparing with the conventional dual-band CP antenna with a same low relative permittivity and an air-gap layer between two patches, the size of this antenna is reduced and its fabrication is easier. Details of the proposed antenna design and experimental results are presented and discussed .The measured results confirm the validity of this design.Key words:microstrip antenna；GPS；dual-band ; circular polarization1 引言近年来微带天线由于它的尺寸小，成本低，易实现圆极化等优点在全球定位系统（GPS）应用中独占鳌头。
一种2.4GHz圆极化微带贴片天线的设计与实现
0 引言20世纪70年代中期，微带天线理论得到重大发展。
微带天线由于体积小、重量轻、馈电方式灵活、成本低、易于目标共形等优点而深受人们亲睐，在移动通信、卫星通信、全球卫星定位系统（GPS）、无线局域网通信等领域得到了大力推广和广泛应用。
然而随着卫星通讯、运载火箭测控通讯技术的不断发展，雷达应用范围的扩大以及对高速目标在各种极化方式和气候条件下的跟踪测量需要，单一极化方式很满足要求，圆极化天线的应用研究就显得十分重要[1-2]。
圆极化天线具有旋向正交性，即圆极化波入射到对称目标（平面、球面等）具有旋向逆转的特性，这一特性在通信、电子对抗中得到广泛应用，尤其是在移动通信和GPS 领域中用来抗雨雾干扰和多径反射；圆极化天线能够接收任意极化的来波，其辐射波也可被任意极化的天线接收，这一特性在电子对抗中用来干扰侦察敌方的各种线极化、椭圆极化的无线电波，在微波探测领域用来减少信号漏失并提高探测灵敏度[3]。
基于微带圆极化天线的优点，为一谐波探测雷达设计了中心频率为2.4GHz 的圆极化微带贴片发射天线，使得谐波探测雷达在探测时不需考虑扫描角度的影响，提高了探测的速度和灵敏度，文中将给出天线的详细设计方案和实测性能。
1 微带贴片天线工作原理1.1 辐射机理微带天线是在带有导体接地板的介质基片上贴加金属薄片而形成的天线[4]。
通常介质基片的厚度与波长相比是很小的，属于电小天线。
微带天线结构比较简单，实际上就是一块印刷电路板，全部功率分配器、匹配网络、辐射器都可以刻在介质基片的一侧，另一侧为金属地板。
导体贴片一般是规则形状的面积单元，如矩形、圆形、三角形、椭圆形或其它形状，其中矩形贴片较为常用。
其馈电方式也是多种多样，除微带线馈电和同轴线馈电两种基本方式外，还有临近耦合馈电、口径耦合馈电、共面波导馈电等技术。
常用的微带天线是由微带传输线馈电的矩形贴片天线[5]。
在贴片和接地板之间激励起射频电磁场，并通过贴片四周与接地板间的缝隙向外辐射，因此微带天线也可看作是一种缝隙天线。
深圳市蝙蝠无线技术有限公司 GPS 贴片天线 BWGPSZWX46-38JL1000 产品规格承认书
承认厂商：(Recognized制造厂商（Manufacturer）产品名称：GPS贴片天线（Description）产品选型表：（Product Type）型号说明备注BWGPSZWX46-38JL1000SMA内螺内针线长可选配供应商承认签栏制表者审核者核准者客户承认栏审核者核准者1.2AntennaPicture（可定制）*注：因天线功能较为敏感，主体周边机构有变更请通知我们评估。
上图型号：BWGPSZWX46-38JL10002.Electrical S pecification2.1Test EquipmentA.VSWR and input impedance:Agilent8753/E5071Network AnalyzerB.Antenna gain and efficiency:ETS three-dimensional anechoic chamber2.2Test Setup2.2.1Frequency Range2.2.2VSWRStep1:The antenna is arranged on the customer provided test fixture.Step2:The VSWR of the antenna is measured via Agilent8720/8753Network Analyzer(see figure.1).Figure.12.2.3Radiation pattern and GainA.The3D chamber provides less than-40dB reflectivity from800MHz to6GHz and a40cm diameterspherical quiet zone.The measurement results are calibrated using both dipoles and standard gainhorns(see figure.2).B.The antenna under tested is arranged in the turned table and a decoupling sleeve is used to reducefeed line radiation(see figure.3).C.The measured results of the radiation patterns and antenna gain are obtained from the controlsystem and showed on the monitor(see figure.4and5).Figure.2Figure.3Figure.4Figure.53.Performance Data3.1Passive dataVSWR（电压驻波比）/Return Loss（回波损耗）/Smith Chart（史密斯圆图）*注：以上为实测数据，仅供参考；因天线功能较为敏感，主体周边机构有变更请通知我们评估。
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天线形状
文献三 分析
• 结构：矩形贴片单点馈电，通过切角实现圆极 化。
• 特点：用带线或同轴探针激励时，电磁场在贴 片和接地板问建立。
• 一个形状规则的矩形微带天线由一点馈电可产 生极化正交幅值相等的二简并模，但不能形成 9O度的相位差。为使二简并模问形成9O度的相 位差必须在规则形状单元上附加一筒并模分离 单元，使简并模谐振频率产生分离。当矩形微 带贴片天线附加分离单元S之后(如图2所示)， 其波数就不同了。
总结
• 实现圆极化的基本方式分为：(1)切角；(2)准方形，近圆形，近等边三角 形；(3)表面开槽(slo坞／slits)；(4)带有调谐枝(tuning—stub)；(5) 正交双馈，曲线微带型，行波阵圆极化。
• 微带天线小型化的实现方法： • (1)天线加载。就是在微带天线上加载短路探针、低电阻切片电阻和切片
• 特点：设计简单，但是要完成性能 指标在不改变形状的前提下只能改 材质的介电常数。
• 优点：设计形状简单采用方形单馈 电方式
• 缺点：对材质要求很高，不能在现 实控制成本的前提下做
• 在不计算成本的纯理论仿真可以轻 松实现指标，但是对设计天线本身 没用
天线结构：单点馈电技术，圆形贴片天线设计 • 特点：省去了馈电网络，从而减小了天线
目标
• 分析多篇文献中的基于GPS微带天线的优 缺点
• 总结看到过的天线结构和特点 • 逐一比较各个版本天线的优缺点 • 找到最后自己的方案
总结
• 微带天线的圆极化方法大致分为3类： • (1)单馈法。 • 主要是基于空腔模型理论，利用简并模分离元产生两个辐射正交极化的
简并模工作，通过引入几何微扰来实现。这种方式无须外加相移网络和 功率分配器，结构简单，成本低，适合小型化。但带宽窄，极化性能差。 • (2)多馈法。 • 采用多个馈点馈电微带天线，可通过T形分支和3 dB电桥等馈电网络实现。 这种方式可以提高驻波比带宽和圆极化带宽，抑制交叉极化。但馈电网 络复杂，成本较高，天线尺寸大。 • (3)多元法。 • 使用多个线极化辐射元，对每一个辐射元馈电，可看作天线阵，这种方 式既具备多馈法的优点，而且馈电网络较为简化，增益高。缺点是结构 复杂，成本高，尺寸大。
• 特点：基于经典的微带天线分析方法的基础上，在 标准矩形微带天线上切去AS面积所形成的单点馈电 的矩形圆极化微带天线，具有设计简单、成本低、 容易加工制作等特点。天线的其他各项性能参数都 比较良好，但是由于FR45基板的损耗比较大等原因， 天线的增益还是不太理想。比较适合应用于低成本 的GPS接收机中。在实际应用中，可在微带天线后 加接两级晶体管放大器，为避免偏频干扰，还可以 加接陶瓷滤波器。
电容以实现小型化。
• (2)采用特殊材料的基片。谐振频率与介质参数成反比，因此高介电常数 的基片可以降低谐振频率，从而减小天线尺寸。但高介质基片极易激励出 表面波，表面损耗增大，使天线增益减小，效率降低。
• (3)表面开槽。表面开槽引入微扰，改变表面电流路径，使电流绕槽边或 缝边曲折流过路径变长，在等效电路中相当于引人了级联电感。但尺寸的 过分缩减会引起天线性能的急剧恶化。
文献四 分析
• 结构：基于空腔模型理论，用内环开槽的 圆环形微带天线结构实现了GPS天线的圆极 化设计。
• 特点：单点馈电圆极化微带天线无需功分 器和移相器等正交馈电网络，结构比双点 馈电简单。
• 圆环形GPS天线结构的分析圆环形GPS天线 结构如图1所示， 圆环外半径为b， 内半 径为a，介质板介电常数为ε，圆环内边界 开了相对的两个缝隙，适当调节缝隙的大 小，使得天线主模TM模式分解为两个极化 正交、幅度相等、相位相差9O度的线极化 波。
文献七 分析
• 结构：本文的微带天线是在标准矩形微带天线上切 去AS面积所形成，而切去部分的S可理解为在标准 矩形微带天线上附加了一个s(s<0)，这附加AS即为 简并模分离单元，而馈电点正好在标准矩形微带天 线的对角线上，这样就构成了B型圆极化微带天线。 该GPS微带天线是一种单点馈电的矩形圆极化微带 天线，图中A为电位馈电点，左边凸出部分和馈电 位置为实现圆极化的需要。左边凸出部分，实际上 是在标准矩形微带天线上切去S面积所形成。
文献六 分析
• 结构：一种三频圆极化微带贴片天线，天线 能够同时工作在GPS L1、L2波段和GLONASS 波段。天线将两层层叠辐射贴片和馈电网络 集成在一起，层叠结构保证了天线的紧凑。 双馈电结构与圆极化馈电网络保证了天线具 有良好的阻抗带宽和圆极化特性。
• 特点：。天线采用两点正交馈电的圆极化微 带天线形式，利用叠层贴片实现三频工作。 上下两层贴片天线通过探针分别与天线底部 的功分移相器相联接，功分移相器对两点正 交馈电的圆极化微带天线进行圆极化馈电， 产生两路幅度相等、相差90。的信号。
的体积，降低了天线的剖面。并且在设计 中，考虑了与其它卫星定位系统的兼容
• 对于主模TM01模来说，馈电点的位置是沿 着半径变化的越靠近贴片的外边沿，其输 入阻抗越大。同样，越靠近圆心其输入阻 抗越小。在有微扰时，简并模的输入阻抗 及极化方向与离开微扰点的圆周距离有关。 也就是说，馈电点在图2所示的A点馈电是 右旋圆极化、在B点馈电则为左旋圆极化。
• (4)附加有源网络。缩小无源天线的尺寸，会导致辐射电阻减小，效率降 低。可用有源网络的放大作用及阻抗补偿技术来弥补这一缺陷。
• (5)可以采用特殊天线结构形式。总的思路就是使天线的等效长度大于其 物理长度，以实现小型化。如采用蝶形、倒F型(PIFA)，L型、E型、双C型 等
文献一 分析
• 结构：方形贴片天线，中心处单点 馈电
文献五 分析
• 结构：通过单个探针馈电的双层正方形切角 的微带贴片天线。此天线采用不同介电常数 的微波陶瓷基片，与常规的双频圆极化天线 相比，其尺寸减小了且没有在两层贴片间引 入空气层，结构紧凑，便于加工。
• 特点：双基层的双频段设计。上下层选用不 同介电常数的微波陶瓷基片，相对介电常数 分别为ε=12和ε=9．2，基片厚度为 h1=h2=3mm．探针通过下层贴片的钻孔连接 到上层贴片上，下层贴片是上层贴片的寄生 单元，通过上层贴片电磁耦合馈电．由上下 层贴片尺寸分别控制谐振频率，选择正方形 切角大小来实现圆极化辐射。