GPSアンテナの設計

全地球測位システムは、私たちの日常生活でますます溶け込んでいます。 GPS デバイスの薄型化と携帯性を維持するために、設計者は多くの場合、プリント アンテナに頼っています。 GPS アプリケーションは、干渉を許容できないため、1.575 GHz 前後の非常に狭い帯域幅を使用します。この目的のために、この例では、非常に狭い帯域で 1.575 GHz で動作するパッチ マイクロストリップ アンテナの HFWorks シミュレーションを示します。パッチの寸法はほぼ 2 x 2 cm で、ポータブル デバイスへの組み込みに便利です。

図 1 - GPS アンテナの 3D 構造

Solidworks の分割線機能により、アンテナの完全な導電体表面 (厚さゼロ) が構築されます。

寸法

すべての寸法は mm です。ご覧のとおり、アンテナのサイズは非常に小さいため、意図したアプリケーション (モバイル デバイスの GPS) の性質に適しています。

部材と材料

アンテナのフィードは、4 つの分割面のボードの下にあります。ポートの割り当てのために底面を選択します。ボードの誘電体は TMM 13 であり、フィード同軸には素材の Duroid 5880 が割り当てられています。アンテナの表面から 1 波長以上離れた場所に配置する必要がある放射面を提供するために、ボードの上にエア ボックスをモデル化します。

メッシング

この例のメッシュは、同軸フィードと PEC サーフェスを意味する信号パスで十分に正確でなければなりません。 HFWorks は、メッシュ設定で見つかった平均グローバル サイズのおかげで、デフォルトで小さいパーツの正確なメッシュ生成を実行します。

結果

メッシングが実現されると、1.5 GHz から 1.65 GHz の周波数範囲でアンテナ シミュレーションを実行して、GPS アプリケーションの目的の周波数 1.575 GHz 周辺のアンテナの動作を正確に視覚化します。この図では、目的の周波数でリターン ロスが 0.3 dB から 20 dB まで急速に増加していることがわかります。

図 3 -ポート 1 での反射係数

次の図では、総電場の放射が線形であり、dB は Phi=0 平面に位置しています。

図 4 - Phi=0 平面での総放射電界 (線形および dB 単位)

スタディの作成中に角度のステップを調整して、2D または 3D のどちらでも滑らかなプロットを取得できます。この図では、電界の 3D 放射を線形形式でプロットしています。

結論

結論として、設計のパフォーマンスは常に 3D モデルの精度に起因することを思い出してください。シミュレーションの結果は常に、システムが SolidWorks 3D モデルのエントリとして持っているものに従います。このアンテナは、意図したアプリケーションの仕様とその携帯性に対応するように最適化されています。アンテナは、適切な周波数範囲で適切なレベルのリターン ロスで動作することにより、許容できる性能を示します。