中国指挥与控制学会会刊 
1 半导体器件基本模型
2 导航天线结构
利用HFSS电磁仿真软件,建立导航天线模型(结构参数如表1 ),仿真分析导航天线性能。天线S11、轴比以及增益的仿真结果分别如图5 、6 和7 所示。
3 强电磁防护型导航天线设计
本文将PIN二极管加载至导航天线辐射贴片,并加载部分金属结构,如图8 所示。在仿真设计中,拟选用NXP公司的PIN二极管BAP5102作为加载器件,利用ADS仿真软件,使用等效电路拟合法,可拟合其在零偏下等效电路为0.17 pf电容与0.5 nH电感串联电路;在正偏下,其等效电路阻抗值与偏置电流有关,仿真中,选择BAP5102数据手册中给出的正偏电流100 mA,频率100 MHz时的阻值2 Ω[15]。
加载PIN二极管和金属结构后,本文利用HFSS中参数扫描功能对导航天线结构进行优化,以满足导航天线基本要求。优化后强电磁防护型导航天线结构参数如表2 所示。
表2 强电磁防护型导航天线结构参数表 单位:mm |
| R | b | w | w1 | w2 |
|---|---|---|---|---|
| 50 | 70 | 42.4 | 4 | 3 |
| l1 | l2 | l3 | h | h1 |
| 5.8 | 3.8 | 3 | 3 | 1.6 |
当防护型导航天线正常接收导航信号时,PIN二极管截止,处于高阻态。此时防护型导航天线S11、轴比以及增益仿真结果如图9 、10 和11 所示。
在图9 中,强电磁防护型导航天线工作频率仍为1.575 GHz,带宽(-10 dB以下)达到了32 MHz,与优化前相差不大;从图10 可以看出,强电磁防护型导航天线轴比在±96°范围内均小于3 dB,最低达到了0.87 dB,较原导航天线性能有所提升;对比图7 和图11 可以发现,原导航天线和强电磁防护型导航天线增益差别不大。
当强电磁能量到达表面时,强电磁防护型导航天线表面PIN二极管导通,处于低阻态,此时,强电磁防护型导航天线的S11如图12 所示。
从图12 可以看出,当PIN处于高阻态时,导航信号通道处于开启状态,通道内具有较低插入损耗;当PIN二极管处于低阻态时,导航信号通道关闭,强电磁能量无法通过天线进入后端电路,损毁敏感器件。
4 结束语
本文针对导航接收机强电磁防护需求,设计了一款强电磁防护型导航天线。通过与原导航天线仿真结果对比,强电磁防护型导航天线S11和增益性能基本保持不变,而最小轴比值有所提升,达到了0.87 dB。当PIN二极管处于低阻态时,强电磁防护型导航天线导航信号通道关闭,防止强电磁能量从天线进入导航电路,有效避免了后端电路被损毁。仿真结果表明,所设计强电磁防护型导航天线满足导航与强电磁能量的防护需求。