小型化手持终端gps天线研究
目录
第一章 绪论 1
(一)研究背景 1
（二）国内外研究现状 1
（三） LTCC技术的介绍 2
（四） 本论文的工作内容 2
（五） 本论文的结构安排 2
第二章 相关的理论基础 2
（一） 圆极化的基本概念 2
（二） 微带天线的基本理论 4
1 .微带天线的辐射机理 4
2.微带天线馈电技术 6
（三）仿真软件介绍 6
（四）本章小结 6
第三章 GPS陶瓷芯片天线 6
（一） 曲折导线结构分析 6
1. 天线结构与测试板设计 6
2. 测试结果 9
（二） 陶瓷芯片天线 10
1．天线结构 10
2． 仿真结果 10
（三）本章小结 11
第四章 GPS双频天线 11
（一）设计思路 11
1.天线结构 11
2. 参数分析 11
(二)实验结果与分析 14
（三）本章小结 15
参考文献 16
致谢 17
第一章 绪论
天线用来接收电波,并且转换导行波与自由空间波
(一)研究背景
二十年以来,无线通信高速发展。
就以手机为例,它包括移动通信、蓝牙、Wi-Fi、GPS通信等,是一个高度集成的终端设备。
（二）国内外研究现状
1.螺旋天线
螺旋天线有紧凑的结构和优秀的波束宽度，以及较宽的工作频带。
2. 微带天线
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
微带贴片天线结构简易，制作方便，价格便宜。
微带天线是一种谐振式天线，具有易加工、体积小等优点。
随着卫星通信的进步，对此种天线的完善程度的需求越来越苛刻。
（三） LTCC技术的介绍
此技术从1982年开始，拥有令人瞩目的整合组建技术，主要技术是无源集成。
1． LTCC技术优势
第一，此材料具有高频优良、传输快速等特性。
第二，受得住大电流，耐得住高温，电子设备的散热问题被优化了。
第三，吧电路基板的层数加高，便可以将许多无源元件嵌入其中，减少了成本，让体积和重量变小。
第四，可以兼容其他多层布线技术。
（四） 本论文的工作内容
论文讲述了微带天线和螺旋天线；介绍了 LTCC 工艺的发展和技术层面，并简单介绍了 LTCC 工艺的技术优势和技术特点。最后，研究了双频GPS天线。
（五） 本论文的结构安排
本论文一共分为五章。
第一章 绪论，讲述了微带天线和螺旋天线；介绍了 LTCC 的技术，并简单介绍了 LTCC 工艺的技术优势和技术特点。
第二章 介绍了圆极化的概念和实现方法；微带天线的辐射机理，各种馈电方式的比较以及圆极化技术；并简单阐述了一下高频电磁场仿真软件跟其步骤。
第三章 制作实物基于LTCC工艺GPS 陶瓷芯片天线并进行了仿真以及测试，基本符合。
第四章 双频 GPS 天线，通过对（1.227GHz 和 1.575GHZ）GPS 天线进行堆叠来完成双频。
第五章 结论，本章对该论文的研究进行了总结。
第二章 相关的理论基础
（一） 圆极化的基本概念
电磁波的极化是一个基本特性。电磁波的极化有线极化、圆极化和椭圆极化。
微带天线在线极化天线中大量使用。比如给2x2阵列馈入如图1-10所示相位的信号,可得到低交叉极化、宽轴比带宽的圆极化波。
从图1-11可以看出, A的馈电点在坐标轴X轴或者Y轴上,但B馈电点位于坐标轴的对角线。
图1-10 2x2圆极化阵列
图1-11圆极化波的类型微扰
圆极化波在实际应用中具有下述性质：1，圆极化波是一等幅旋转场；2，辐射左旋圆极化波的天线，只能接收左旋圆极化波，若是右边，便只能接收右边的。
若入射的电磁波旋向为右旋，它的电场为：
又由于导体表面切向电场为零，所以有
因此：
电场旋向变为左旋。
图 2.1
（二） 微带天线的基本理论
基于微带天线有体积小、成本低、可以和集成电路兼容等优点，微带天线有许多应用。
1 .微带天线的辐射机理
金属贴片与接地平面之间的场分布是微带天线的主要机理，也就是说，辐射可以通过描述金属贴片上的表面电流分布。我们通过对贴片的场分布或电流分布的复杂计算，建立了一个工作模型关于微带天线。下面简绍这种分析方法
微带天线为矩形,一段低阻抗的微带传输线连接着介质基板和接地板。在终端(b)边呈电压波腹，是因为终端(a)边将电压波腹贴片形成的长度恰好为半波长。如图所示是贴片与接地板间的电场分布,由于基片厚度h5入,所以沿贴片宽度跟基片厚度方向电场并无变化。
2.微带天线馈电技术
微带天线有微带线馈电，同轴线馈电口径耦合馈电、共面波导馈电等馈。
（三）仿真软件介绍
本文在分析设计中主要采用 Ansoft 公司的 HFSS Vol.10.0 软件。可分析高频电磁场，可以得到特征阻抗、传播常数、天线方向图等结果。
（四）本章小结
本章介绍了圆极化的概念；概括了微带天线的定义、结构和辐射机理；介绍了微带天线的馈电方式；列举了实现圆极化的各种方法。
第三章 GPS陶瓷芯片天线
现代电子技术的发展，朝着薄、轻、短、小和高频、高可靠、高性能、高速等方向发展。
（一） 曲折导线结构分析
LTCC芯片天线的小型化，而减小天线的整体尺寸的方法为采用曲折线。
平面图如图所示。
1. 天线结构与测试板设计
介质谐振天线常采用高介电常数的陶瓷材料来实现小型化，然而在 1.575GHz 的 GPS频段，它的体积还是显得太大，不适用于小型移动终端。我们制作陶瓷芯片天线用的是LTCC 的工艺。
由于芯片天线要与一定尺寸的地面相结合才可以实现它的功能，这里用的测试板为 FR-4 介质的基板，相对的介电常数为 4.4，尺寸设计为 44mm×40mm×0.82mm。
2. 数值分析
我们借助 HFSS 10.0对陶瓷芯片天线进行仿真并研究各个参数对天线性能的影响。从天线结构，我们可以预见蛇形线的长度 L、宽度 W 以及馈电端的 L1、L2 是影响天线电性能的主要参数。
图 3-3 是随陶瓷基体上表面曲折导线的长度 L 从 18.7mm 变化到 19mm 的回波损耗图,增长步长为 0.1mm。L减小，电流路径变短，所以谐振频率将会上升。
（a）1227MHz （b）1575MHz
第一章 绪论 1
(一)研究背景 1
（二）国内外研究现状 1
（三） LTCC技术的介绍 2
（四） 本论文的工作内容 2
（五） 本论文的结构安排 2
第二章 相关的理论基础 2
（一） 圆极化的基本概念 2
（二） 微带天线的基本理论 4
1 .微带天线的辐射机理 4
2.微带天线馈电技术 6
（三）仿真软件介绍 6
（四）本章小结 6
第三章 GPS陶瓷芯片天线 6
（一） 曲折导线结构分析 6
1. 天线结构与测试板设计 6
2. 测试结果 9
（二） 陶瓷芯片天线 10
1．天线结构 10
2． 仿真结果 10
（三）本章小结 11
第四章 GPS双频天线 11
（一）设计思路 11
1.天线结构 11
2. 参数分析 11
(二)实验结果与分析 14
（三）本章小结 15
参考文献 16
致谢 17
第一章 绪论
天线用来接收电波,并且转换导行波与自由空间波
(一)研究背景
二十年以来,无线通信高速发展。
就以手机为例,它包括移动通信、蓝牙、Wi-Fi、GPS通信等,是一个高度集成的终端设备。
（二）国内外研究现状
1.螺旋天线
螺旋天线有紧凑的结构和优秀的波束宽度，以及较宽的工作频带。
2. 微带天线
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
微带贴片天线结构简易，制作方便，价格便宜。
微带天线是一种谐振式天线，具有易加工、体积小等优点。
随着卫星通信的进步，对此种天线的完善程度的需求越来越苛刻。
（三） LTCC技术的介绍
此技术从1982年开始，拥有令人瞩目的整合组建技术，主要技术是无源集成。
1． LTCC技术优势
第一，此材料具有高频优良、传输快速等特性。
第二，受得住大电流，耐得住高温，电子设备的散热问题被优化了。
第三，吧电路基板的层数加高，便可以将许多无源元件嵌入其中，减少了成本，让体积和重量变小。
第四，可以兼容其他多层布线技术。
（四） 本论文的工作内容
论文讲述了微带天线和螺旋天线；介绍了 LTCC 工艺的发展和技术层面，并简单介绍了 LTCC 工艺的技术优势和技术特点。最后，研究了双频GPS天线。
（五） 本论文的结构安排
本论文一共分为五章。
第一章 绪论，讲述了微带天线和螺旋天线；介绍了 LTCC 的技术，并简单介绍了 LTCC 工艺的技术优势和技术特点。
第二章 介绍了圆极化的概念和实现方法；微带天线的辐射机理，各种馈电方式的比较以及圆极化技术；并简单阐述了一下高频电磁场仿真软件跟其步骤。
第三章 制作实物基于LTCC工艺GPS 陶瓷芯片天线并进行了仿真以及测试，基本符合。
第四章 双频 GPS 天线，通过对（1.227GHz 和 1.575GHZ）GPS 天线进行堆叠来完成双频。
第五章 结论，本章对该论文的研究进行了总结。
第二章 相关的理论基础
（一） 圆极化的基本概念
电磁波的极化是一个基本特性。电磁波的极化有线极化、圆极化和椭圆极化。
微带天线在线极化天线中大量使用。比如给2x2阵列馈入如图1-10所示相位的信号,可得到低交叉极化、宽轴比带宽的圆极化波。
从图1-11可以看出, A的馈电点在坐标轴X轴或者Y轴上,但B馈电点位于坐标轴的对角线。
图1-10 2x2圆极化阵列
图1-11圆极化波的类型微扰
圆极化波在实际应用中具有下述性质：1，圆极化波是一等幅旋转场；2，辐射左旋圆极化波的天线，只能接收左旋圆极化波，若是右边，便只能接收右边的。
若入射的电磁波旋向为右旋，它的电场为：
又由于导体表面切向电场为零，所以有
因此：
电场旋向变为左旋。
图 2.1
（二） 微带天线的基本理论
基于微带天线有体积小、成本低、可以和集成电路兼容等优点，微带天线有许多应用。
1 .微带天线的辐射机理
金属贴片与接地平面之间的场分布是微带天线的主要机理，也就是说，辐射可以通过描述金属贴片上的表面电流分布。我们通过对贴片的场分布或电流分布的复杂计算，建立了一个工作模型关于微带天线。下面简绍这种分析方法
微带天线为矩形,一段低阻抗的微带传输线连接着介质基板和接地板。在终端(b)边呈电压波腹，是因为终端(a)边将电压波腹贴片形成的长度恰好为半波长。如图所示是贴片与接地板间的电场分布,由于基片厚度h5入,所以沿贴片宽度跟基片厚度方向电场并无变化。
2.微带天线馈电技术
微带天线有微带线馈电，同轴线馈电口径耦合馈电、共面波导馈电等馈。
（三）仿真软件介绍
本文在分析设计中主要采用 Ansoft 公司的 HFSS Vol.10.0 软件。可分析高频电磁场，可以得到特征阻抗、传播常数、天线方向图等结果。
（四）本章小结
本章介绍了圆极化的概念；概括了微带天线的定义、结构和辐射机理；介绍了微带天线的馈电方式；列举了实现圆极化的各种方法。
第三章 GPS陶瓷芯片天线
现代电子技术的发展，朝着薄、轻、短、小和高频、高可靠、高性能、高速等方向发展。
（一） 曲折导线结构分析
LTCC芯片天线的小型化，而减小天线的整体尺寸的方法为采用曲折线。
平面图如图所示。
1. 天线结构与测试板设计
介质谐振天线常采用高介电常数的陶瓷材料来实现小型化，然而在 1.575GHz 的 GPS频段，它的体积还是显得太大，不适用于小型移动终端。我们制作陶瓷芯片天线用的是LTCC 的工艺。
由于芯片天线要与一定尺寸的地面相结合才可以实现它的功能，这里用的测试板为 FR-4 介质的基板，相对的介电常数为 4.4，尺寸设计为 44mm×40mm×0.82mm。
2. 数值分析
我们借助 HFSS 10.0对陶瓷芯片天线进行仿真并研究各个参数对天线性能的影响。从天线结构，我们可以预见蛇形线的长度 L、宽度 W 以及馈电端的 L1、L2 是影响天线电性能的主要参数。
图 3-3 是随陶瓷基体上表面曲折导线的长度 L 从 18.7mm 变化到 19mm 的回波损耗图,增长步长为 0.1mm。L减小，电流路径变短，所以谐振频率将会上升。
（a）1227MHz （b）1575MHz
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