同时接收GPS和WLAN信号的双频天线设计
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2011-12-14
13:20:22
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同时接收 GPS/WLAN 信号的天线设计
本文讨论的高增益、多频段天线设计虽然尺寸小、重量轻，却能接收和发射 GPS 和
WLAN 信号，并且能够覆盖 WLAN 的三个频段。
对于尺寸小的天线而言，通常无法获得高增益。但是在卫星通信应用中，天线却必须
设计得小而轻，并且能够提供波束成型、宽频带及极化纯度。在用于多频段全球定位系统
(GPS)和无线局域网(WLAN)的天线设计中，设计出一个带有极化分集和高增益且寸小、
重量轻的天线是可能的。
对于一个成功的天线设计来说，极化是一个重要特性。对于空间应用，通常使用圆形
极化(CP)，如右旋圆极化(RHCP)或左旋圆极化(LHCP)，用于发射、接收及同一频谱范围
内的复用，以增加系统容量。尽管大多数 WLAN 系统要求线性极化，但最终圆形极化的使
用会变成移动系统的优势。
在考虑了几种非传统的方法之后，环状辐射体技术被选作可能的解决方案。相对于其
它方案而言，该方案采用谐振结构来有效地加长了辐射电流的通路长度(实现高增益)，而
天线却减小了 25%至 35%。该技术能够满足波形系数要求，而且能实现比尺寸更大的微
带贴片天线或谐振腔式螺旋天线更高的增益。
对于环状天线，可以设计成多谐结构，这些谐振器可以被隔开，也可以耦合，以适用
于多频或宽频场合。
通过对各次模进行相位调整，使它们以预定的方式工作，这样，在适当方向的远场，
通过相位的叠加和相消，就可以实现高增益和波束成形。在大多数情况下，这些结构可能
实现 9dBic 的增益(理论值)和 17%的带宽。 理论上，对应于分别为 1.50:1, 2.0:1 和
3.0:1 的电压驻波比(VSWR)，可以相应实现 15%、20%和 30%的带宽。遗憾的是，不
可能找到一种能够满足所有频率上的所需的物理和电气性能的系统设计方法。不过，通过
一些努力，找到一种满足某些特定工作模式上的技术需求的设计方法是可能的。
图 1 给出了一个经过优化设计的天线的 EM 仿真预测扫频结果。该图显示了多个谐振
点，不过并非所有的谐振点都用于卫星天线。最低的 1.8GHz 谐振点处的回波损耗优于
13dB，而在 2.25GHz 的高谐振点，回波损耗优于 17dB。如果结合各种因素，实现大约
15%的 10dB 回波损耗带宽是可能的。这将是一个出色的且适合于许多用途的宽带天线。
2.1GHz 谐振点的回波损耗甚至更好，将近 20dB。由于该天线的多谐振点，使得它能被
用作为单个频点的宽带天线，也可适用于 3 个离散频率的场合。
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