Design der GPS-Antenne

Global Positioning System schmilzt in unserem Alltag zunehmend. Um die GPS-Geräte unauffällig und tragbar zu halten, greifen Designer häufig auf gedruckte Antennen zurück. GPS-Anwendungen verwenden eine sehr schmale Bandbreite um 1,575 GHz, da sie sich keine Interferenzen leisten können. Zu diesem Zweck wird in diesem Beispiel eine HFWorks-Simulation für eine Patch-Mikrostreifenantenne vorgestellt, die bei 1,575 GHz mit einem sehr schmalen Band arbeitet. Die Abmessung des Pflasters beträgt fast 2 × 2 cm, was für die Integration in ein tragbares Gerät günstig ist.

Abbildung 1 - 3D-Struktur der GPS-Antenne

Die Perfect Electric Conductor-Oberflächen (Nulldicke) der Antenne werden dank der Split-Line-Funktion von Solidworks hergestellt.

Maße

Alle Maße sind in mm. Wie wir sehen können, ist die Größe der Antenne sehr klein, was sie zu einem guten Kandidaten für die Art der beabsichtigten Anwendungen macht (GPS für mobile Geräte).

Körper und Materialien

Die Einspeisung der Antenne befindet sich unterhalb der Platine der vier geteilten Flächen. Wir wählen die Unterseite für die Portzuweisung aus. Das Dielektrikum der Platine ist TMM 13, und dem Feed Coax ist das Material Duroid 5880 zugeordnet. Wir modellieren eine Airbox über der Platine, um die Strahlungsoberflächen zu erhalten, die mindestens eine Wellenlänge von den Oberflächen der Antenne entfernt sein sollten.

Vernetzen

Das Netz dieses Beispiels muss auf den Signalpfaden, dh der Koaxialspeisung und den PEC-Oberflächen, genau genug sein. HFWorks führt aufgrund der durchschnittlichen globalen Größe in den Netzeinstellungen standardmäßig eine genaue Vernetzung für kleine Teile durch.

Ergebnisse

Da die Vernetzung realisiert wurde, führen wir eine Antennensimulation im Frequenzbereich von 1,5 GHz bis 1,65 GHz durch, um das Verhalten der Antenne um die beabsichtigte Frequenz von 1,575 GHz der GPS-Anwendung genau zu visualisieren. In dieser Abbildung sehen wir, dass die Rückflussdämpfung bei der gewünschten Frequenz schnell von 0,3 dB auf über 20 dB ansteigt.

Abbildung 3 - Reflexionskoeffizient an Anschluss 1

In der nächsten Abbildung haben wir die Strahlung des gesamten elektrischen Feldes in linearen und dB in der Ebene Phi=0.

Abbildung 4 - Insgesamt ausgestrahltes E-Feld (in linearen und dB-Einheiten) in der Ebene Phi=0

Wir können die Winkelschritte während der Erstellung der Studie verfeinern, um glatte Diagramme in 2D oder 3D zu erhalten. In dieser Abbildung haben wir die 3D-Strahlung des elektrischen Feldes linear aufgetragen.

Fazit

Abschließend möchten wir daran erinnern, dass die Leistung eines Entwurfs immer von der Genauigkeit seines 3D-Modells abhängt: Das Ergebnis der Simulation folgt immer dem, was das System als Eintrag im SolidWorks 3D-Modell hat. Diese Antenne wurde optimiert, um den Spezifikationen der beabsichtigten Anwendung und ihrem Portabilitätscharakter zu entsprechen. Die Antenne zeigt akzeptable Leistungen, indem sie im richtigen Frequenzbereich und mit guten Rückflussdämpfungswerten betrieben wird.