GPS/WLAN信號同時接收的天線設(shè)計

本文討論的高增益、多頻段天線設(shè)計雖然尺寸小、重量輕，卻能接收和發(fā)射GPS和WLAN信號，并且能夠覆蓋WLAN的三個頻段。

　　對于尺寸小的天線而言，通常無法獲得高增益。但是在衛(wèi)星通信應用中，天線卻必須設(shè)計得小而輕，并且能夠提供波束成型、寬頻帶及極化純度。在用于多頻段全球定位系統(tǒng)(GPS)和無線局域網(wǎng)(WLAN)的天線設(shè)計中，設(shè)計出一個帶有極化分集和高增益且寸小、重量輕的天線是可能的。

　　對于一個成功的天線設(shè)計來說，極化是一個重要特性。對于空間應用，通常使用圓形極化(CP)，如右旋圓極化(RHCP)或左旋圓極化(LHCP)，用于發(fā)射、接收及同一頻譜范圍內(nèi)的復用，以增加系統(tǒng)容量。盡管大多數(shù)WLAN系統(tǒng)要求線性極化，但最終圓形極化的使用會變成移動系統(tǒng)的優(yōu)勢。

　　在考慮了幾種非傳統(tǒng)的方法之后，環(huán)狀輻射體技術(shù)被選作可能的解決方案。相對于其它方案而言，該方案采用諧振結(jié)構(gòu)來有效地加長了輻射電流的通路長度(實現(xiàn)高增益)，而天線卻減小了25%至35%。該技術(shù)能夠滿足波形系數(shù)要求，而且能實現(xiàn)比尺寸更大的微帶貼片天線或諧振腔式螺旋天線更高的增益。

　　對于環(huán)狀天線，可以設(shè)計成多諧結(jié)構(gòu)，這些諧振器可以被隔開，也可以耦合，以適用于多頻或?qū)掝l場合。

　　通過對各次模進行相位調(diào)整，使它們以預定的方式工作，這樣，在適當方向的遠場，通過相位的疊加和相消，就可以實現(xiàn)高增益和波束成形。在大多數(shù)情況下，這些結(jié)構(gòu)可能實現(xiàn)9dBic的增益(理論值)和17%的帶寬。 理論上，對應于分別為1.50:1, 2.0:1和3.0:1的電壓駐波比(VSWR)，可以相應實現(xiàn)15%、20%和30%的帶寬。遺憾的是，不可能找到一種能夠滿足所有頻率上的所需的物理和電氣性能的系統(tǒng)設(shè)計方法。不過，通過一些努力，找到一種滿足某些特定工作模式上的技術(shù)需求的設(shè)計方法是可能的。

　　圖1給出了一個經(jīng)過優(yōu)化設(shè)計的天線的EM仿真預測掃頻結(jié)果。該圖顯示了多個諧振點，不過并非所有的諧振點都用于衛(wèi)星天線。最低的1.8GHz諧振點處的回波損耗優(yōu)于13dB，而在2.25GHz的高諧振點，回波損耗優(yōu)于17dB。如果結(jié)合各種因素，實現(xiàn)大約15%的10dB回波損耗帶寬是可能的。這將是一個出色的且適合于許多用途的寬帶天線。2.1GHz諧振點的回波損耗甚至更好，將近20dB。由于該天線的多諧振點，使得它能被用作為單個頻點的寬帶天線，也可適用于3個離散頻率的場合。

　　圖2給出了右旋圓極化(RHCP)天線的預測輻射方向圖。在1.8GHz的低端諧振點，增益約為5.5dBic(圖2的左上角)，而其頂點處的軸比約為13dB(圖2的左下角)。在2.25GHz的高端諧振點，增益大約為8dBic(圖2的右上角)，在該頻率上，軸比約為12dB(圖2的右下角)。

　　 從側(cè)視圖(圖4)上，可以觀察到使用同軸輸入連接器的天線輻射結(jié)構(gòu)。天線周圍的大框限定的范圍是EM仿真程序的常規(guī)仿真區(qū)域，其中，被仿真的設(shè)備被限定在有限的邊界(框)內(nèi)。合理選擇這個外圍邊界，使其對天線性能的影響減到最小。

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