手机GPS天线设计与有源GNSS天线性能评估
1. 手机GPS天线代表性设计
1.1 隔离磁偶极子天线
Ethertronics公司开发的隔离磁偶极子天线是一种非常紧凑、低剖面的GPS天线。其具有以下特点:
- 尺寸小巧 :最小尺寸仅为2 × 2 × 1.8 mm,总体积仅7.2立方毫米。
- 隔离性能好 :场局限于天线附近,限制了天线下方接地平面上的电流流动,与一些PIFA天线设计不同,能有效隔离周围环境。
- 可实现双频段操作 :可以进行修改以实现双频段操作,有同时工作在GPS和蓝牙频率的小型天线。
天线结构为侧面看呈拉伸的G形金属结构,由三层组成,顶层和第二层相互重叠且都与底层相连,但彼此不直接相连。底层连接接地平面,顶层的“舌片”是天线的馈电点。在谐振时,电流在三层间来回流动形成圆柱形电流环,整体结构可视为电容加载的电感环,通过电容加载实现尺寸减小。其谐振频率 $f$ 的计算公式为:
[f = \frac{1}{2\pi}\sqrt{\frac{cbt}{d\varepsilon\mu}}]
其中,$c$、$b$、$t$ 和 $d$ 是图中所示天线组件的相应尺寸,$\varepsilon$ 和 $\mu$ 分别是介电常数和磁导率。该公司还开发了稍大尺寸的双频段版本(型号M 442100),工作在1.5754 GHz时平均增益为 -2.6 dBi,工作在2.4 - 2.5 GHz时平均增益为 -2.4 dBi,两个频段的极化均为线性,尺寸为14 × 4 × 1.3 mm,重量0.2克。
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