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Ansoft2004年用户通讯-97-

应用HFSS设计一种双频段GPS微带天线

彭祥飞，钟顺时

（上海大学通信与信息工程学院，上海200072）

摘要：本文应用Ansoft公司的HFSS软件仿真设计一种双频段GPS微带天线。此天线由不同介电常数的

微波陶瓷基片组成,双层正方形切角的微带贴片通过单个探针馈电。文中给出了天线的详细设计及实验结

果，仿真结果和实验结果很好的吻合,结果说明HFSS软件的高效性和准确性。

关键词：AnsoftHFSS；微带天线；全球定位系统；双频段；圆极化；

1前言

Ansoft公司HFSS仿真器提供了一种采用有限元法对三维高频结构电磁特性进行仿真计算的工具。该软件具有很高的

计算精度,已经成为天线与微波电路设计方面的有力工具。本文采用Ansoft公司的HFSS模块设计出一种双频段GPS微带

天线。

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。大部分的

GPS仅工作在L1频率，常用的GPS微带天线加工在高的厚陶瓷基片上，这样的天线低仰角性能好和带宽足够宽，具有

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良好的广角圆极化。但为了满足GPS的一些特殊应用，如高精度的一体化检测或差分基准系统，GPS天线必须在L1/L2两

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个频率(L1：1575MHz,L2:1227MHz)上实现圆极化。如果用单馈电点实现双频圆极化，可以用两种微带天线结构：一种使

用单块贴片,其两圆极化工作频率比大约是1.5倍或更大些；另一种使用双层贴片，两圆极化频率比小于1.5倍。本

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设计中，L1和L2的频率比为1.28倍，小于1.5倍，所以用双层贴片设计能满足GPS天线L1/L2两个频率的要求。但是绝大

多数文献报道的双层贴片天线都加工在同一介电常数的两块基片上,基片中间引入空气层（可采用泡沫材料来支撑上

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层），这样既增大了尺寸，又不便于加工。

本文介绍一种双频段GPS微带天线的新设计,通过单个探针馈电的双层正方形切角的微带天线贴片，它们印在不同

介电常数的微波陶瓷基片上。与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

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紧凑，便于加工。

2天线设计

采用双层贴片，下层贴片加工在厚度为介电常数为的材料上，上层贴片加工在厚度为介电常数为的材料上。

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图1为天线的几何结构，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