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基于非对称U形槽的GPS微带天线设计 (2013年)

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简介：
本文于2013年提出了一种创新型GPS微带天线设计方案，采用非对称U形槽结构优化了天线性能，显著提升了其在GPS通信中的应用效果。 针对GPS接收机天线的发展需求，结合当前宽频化与圆极化的微带天线设计技术，提出了一种基于非对称U型槽的GPS微带天线设计方案。通过在辐射贴片上加载非对称U型槽缝，实现了圆极化和宽带的设计目标。重点研究了当左右槽缝长度不对称变化时，对天线轴比（axial ratio, AR）及其它性能参数的影响。仿真与测试结果显示，在1.562至1.583 GHz的频段内，该天线具有21 MHz的3 dB圆极化带宽，并在中心频率处达到了右旋圆极化的轴比为1.19 dB的良好表现。

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  • 基于非对称U形槽的GPS微带天线设计 (2013年)
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    本文于2013年提出了一种创新型GPS微带天线设计方案，采用非对称U形槽结构优化了天线性能，显著提升了其在GPS通信中的应用效果。 针对GPS接收机天线的发展需求，结合当前宽频化与圆极化的微带天线设计技术，提出了一种基于非对称U型槽的GPS微带天线设计方案。通过在辐射贴片上加载非对称U型槽缝，实现了圆极化和宽带的设计目标。重点研究了当左右槽缝长度不对称变化时，对天线轴比（axial ratio, AR）及其它性能参数的影响。仿真与测试结果显示，在1.562至1.583 GHz的频段内，该天线具有21 MHz的3 dB圆极化带宽，并在中心频率处达到了右旋圆极化的轴比为1.19 dB的良好表现。
  • 小型双馈宽带U形槽圆极化贴片天线
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    本设计介绍一种创新的小型双馈宽带U形槽圆极化贴片天线。通过优化结构和引入独特的U形槽设计，显著提升了天线的工作带宽及性能，适用于多种无线通信场景。 本段落提出了一种小型宽带圆极化U形缝隙贴片天线，并采用了双馈设计。在传统的单馈方形U形缝隙贴片天线上添加了一个高介电常数的基板，通过在垂直缝隙附近引入一个额外的馈电探针来激发两个紧密相邻的串联共振频率。研究发现这两个谐振频率可以独立调节，且通过调整两个馈电端口之间的非正交相位差，可以使U形槽相对于贴片的方向发生变化，并实现宽带圆极化效果。实验结果显示，在重叠带宽内VSWR小于1.5和AR小于3 dB的性能超过了20%，并且天线的整体尺寸较小，仅为0.3 * 0.3 * 0.068个波长，其中波长为工作频段中心频率对应的自由空间波长。
  • 微带天线设计详解 各种形式微带天线的设计介绍
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    《微带天线设计详解》一书深入剖析了各种形式微带天线的设计原理与应用技巧，是微波工程领域不可多得的专业参考书籍。 微带天线设计涵盖了多种形式的设计方案。以下将详细介绍各种类型的微带天线设计。
  • 双频圆极化GPS微带天线设计
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    本项目专注于研发高性能、小型化的双频圆极化GPS微带天线。通过优化结构和材料选择，提高天线在移动通信中的性能与稳定性，适用于导航及定位系统。 本段落介绍了一种新型的GPS双频圆极化微带天线设计。这种天线采用双层贴片结构，并在上下两层采用了均匀分布的四馈点馈电方案，实现了L1和L2频率段内的圆极化特性以及小型化的体积要求。 为了提高辐射效率，该设计利用了切角技术和添加短截线的方法来优化天线性能。通过这些技术手段，不仅改善了天线的工作带宽和阻抗匹配问题，还显著提升了其在实际应用中的表现能力。 采用HFSS软件进行仿真模拟与优化是此项目的关键步骤之一。借助该工具的三维电磁场分析功能，设计团队能够精确地调整和验证各种设计方案，在满足性能需求的同时确保了天线的小型化目标得以实现。 最终制造出的实际样品经过测试后显示出了良好的特性，并且其结果与之前通过软件模拟得出的数据高度吻合。这不仅证明了该设计理念的可行性及其在实际应用中的实用性，还为未来的GPS技术提供了重要的支持和参考价值。 总结而言，本段落所提出的天线设计结合了科学合理的结构布局以及精确细致地仿真优化过程，在确保双频圆极化特性的基础上实现了体积小巧、成本低廉且辐射效率高的特点。这一成果不仅对高精度测量领域具有重要意义，还为复杂环境下的GPS应用提供了新的解决方案，并有望成为其他微波天线设计的参考典范。
  • 基于HFSS的矩形微带贴片天线仿真设计
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    本研究利用HFSS软件进行矩形微带贴片天线的设计与仿真分析，优化了天线性能参数，为实际应用提供了理论依据和技术支持。 HFSS仿真实例及仿真论文的设计方法适合用作参考文献。
  • 带有槽的双频段超宽带微带天线
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    本作品设计了一种创新性的带有槽口结构的双频段超宽带微带天线，能够在两个不同频率范围内高效工作。 双频段带槽超宽带微带天线是为覆盖超宽带（UWB）通信系统而设计的新型天线。近年来，UWB技术迅速发展，并通过极宽的工作频率范围支持WiMAX和WLAN等无线网络系统的运行。然而，传统的超宽带天线工作在3.1GHz到10.6GHz频段内时可能会受到WiMAX或WLAN干扰，因此需要设计具备双频段阻带特性的新型天线。 研究团队提出了一种创新的微带天线设计方案，在半圆形辐射贴片上蚀刻互补分裂环形结构（split ring resonator），使该天线在3.3GHz到3.7GHz和5.15GHz到5.85GHz两个频段内具备良好的阻带特性。这两个频率范围正好覆盖了WiMAX与WLAN的工作区间，使得干扰得到有效抑制。此外，这种新型天线工作于2.8GHz至12GHz的宽广频带上，在该范围内增益从2.3dB到6.3dB变化，并且在水平面（H平面）上显示全向辐射特性。 为提升超宽带微带天线性能和适应多样化的应用环境，研究人员探索了多种实现双频段阻带特性的技术方案。例如，通过添加L型或E型槽于辐射贴片与接地平面上来引入特定频率范围内的衰减；在正方形辐射贴片上设计修正的T形槽，并结合两个E形和W形导体背板结构以实现双频段阻带特性；以及利用馈电线上的准互补分裂环蚀刻技术，成功开发出平面单极子天线。此外，还通过使用三叉形状馈电线路与嵌套C型短路销设计了具有圆形槽的超宽带微带天线。 在以上研究中，采用阿基米德螺旋形渐变槽结构以实现所需双频段阻带特性也得到了应用验证。这些技术方案旨在确保对WLAN和WiMAX频率范围内的有效抑制作用。 本研究所提出的天线设计通过引入分裂环的互补结构于半圆形辐射贴片内，在两个指定的阻带区间实现了优良的衰减效果，从而显著减少了系统间的干扰问题。该设计方案基于微带技术实现，并因其紧凑、低成本及易于与微波集成电路集成等优势在现代通信领域广泛应用。为了确保天线性能满足设计要求，必须仔细考虑其尺寸大小、形状以及制造工艺等因素。 超宽带天线的发展为高速数据传输提供了更宽的频谱资源，而具备双频段阻带特性的新型天线则能够有效避免与现有无线通信系统频率重叠问题，从而提高整体通信质量。哈尔滨工业大学电子与信息工程学院的研究人员Ying Sio、Wei Li和Hongyong Wang的工作表明通过精确控制天线结构参数可以灵活设计满足特定需求的超宽带微带天线。
  • 基于CST的10GHz矩形微带贴片天线仿真设计
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    本文介绍了使用计算机模拟软件CST进行的一种新型10GHz矩形微带贴片天线的设计与仿真过程，探讨了其电气性能及优化方法。 本段落介绍了一个频率为10GHz的矩形微带贴片天线的仿真设计。为了产生有效辐射，需要根据介质板的介电常数、设计的频率和有效介电常数等因素计算出相应的尺寸参数。在CST中建立模型后，进行了边界条件设置和优化，并得到了S参数、方向图以及相关尺寸和场分布图。附件提供了该天线的CST仿真设计文件。
  • 微带天线的设计
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    《微带天线的设计》一文深入探讨了微带天线的基本原理、设计方法及优化技术，旨在为无线通信系统提供高效解决方案。 ### 微带天线设计与ADS软件应用 #### 一、设计原理 微带天线是一种广泛应用在无线通信系统中的天线类型，它由介质基片、导电贴片以及地板构成。根据不同的应用场景和需求，微带天线通常分为矩形微带天线和圆形微带天线两种类型。 - **矩形微带天线**：结构简单，易于设计，适用于需要宽波束的应用场景。 - **圆形微带天线**：相较于矩形微带天线，其波瓣宽度更窄，但方向性系数相近，适用于需要窄波束的应用场景。 #### 二、微带天线设计过程 ##### 1. 设置背景参数 在设计微带天线时，首先需要设定一些基本的背景参数，例如介质材料的介电常数和厚度。本例中选择的介质基片的介电常数为2.32，厚度为0.159mm。 - **设置Layout Unit**：根据设计需求调整单位以确保尺寸精确无误。 - **设置Substrate**：使用MomentumSubstrateCreateModify命令定义介质参数。 - **设置Metallization Layers**：选择金属层并设定其电导率和厚度，铜的电导率为5.78E+06 Sm，厚度为0.018mm。 ##### 2. 天线设计图 接下来进行具体的天线结构设计： - **选取圆半径**：根据应用需要选择合适的圆半径，在此例中取值为25mm。 - **馈电设计**：在圆形贴片左端加入一条微带线，长度和宽度分别为10mm和4.8mm。这是一条具有50欧姆特征阻抗的微带线。 - **馈入点**：将矩形贴片中心位置设为馈入点。 ##### 3. 仿真验证 使用S参数进行初步仿真以验证天线的基本性能： - **电路反射系数**（S11）反映了天线与传输线之间的匹配情况，初始值为0.94942.564。 - **输入阻抗**：初始值是10+j127.7ohm。 - **辐射方向图**：使用Momentum中的Post-ProcessingRadiation Pattern进行仿真。结果表明最大增益为3.016dB，最大方向性系数为5.211dB，效率为58.383%。 ##### 4. 阻抗匹配 为了提高天线的效率和性能，需要对阻抗进行匹配： - **初次匹配**：将天线输入阻抗等效成纯电阻与电感串联，并连接一段长度为4.82mm的传输线。这样可以使阻抗沿τ圆旋转直到变为纯电阻。 - **二次匹配**：使用λ/4传输线实现纯阻抗匹配，计算得到λ/4传输线的宽度为1mm（初始值过大）。 - **三次匹配**：继续进行调整直至达到良好的匹配状态。最终结果是S11参数和输入阻抗显著改善，增益提升至5.016dB，方向性系数提高到5.727dB，效率增加到了79.345%。 ##### 5. 带宽计算 利用公式(BW = 5.04 times f^2 times h)（MHz）进行带宽估算。其中f是以GHz为单位的工作频率，h是毫米为单位的介质厚度。据此天线的带宽大约为32.05MHz，相对带宽约为1.6%。 #### 三、总结 通过上述步骤，我们完成了圆形微带天线的设计与仿真，并进行了阻抗匹配优化以提高其性能指标。在整个过程中，ADS软件的强大功能使设计更加高效和准确。特别是灵活的调整能力展示了ADS相对于其他软件的优势。对于初学者来说，这是一个很好的入门级教程，能够帮助快速掌握微带天线的设计方法及关键技巧。
  • 基于HFSS15.0的微带八木天线设计
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    本研究利用HFSS 15.0软件对微带八木天线进行了仿真与优化设计，探讨了其电气性能和应用潜力。 微带八木宇田天线的设计指标如下：中心频率为2.45GHz，并覆盖2.4至2.483GHz的WiFi频段；在中心频率处，增益需大于8dBi。