衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)中圓極化天線及其陣列的研究.pdf

1、隨著衛(wèi)星定位導(dǎo)航和無線通信技術(shù)的飛速發(fā)展，電子設(shè)備的體積日益小型化，工作頻段日益寬帶化，功能日益多樣化，用于衛(wèi)星導(dǎo)航和通信的圓極化天線得到了越來越廣泛的應(yīng)用與重視，對(duì)圓極化天線的要求也日漸提高。本文結(jié)合科研課題，對(duì)應(yīng)用于GNSS的寬頻圓極化天線、雙頻圓極化天線、四臂螺旋天線及低副瓣圓極化陣列天線和覆球波束陣列天線進(jìn)行了深入研究。作者的主要研究成果可概括為：
　　1.對(duì)采用雙點(diǎn)饋電的寬頻帶和雙頻帶圓極化微帶天線進(jìn)行了研究。本文以多模

2、衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的終端天線為研究背景，設(shè)計(jì)了一副寬頻帶的圓極化微帶天線，該天線采用環(huán)狀輻射貼片，以空氣作為介質(zhì)，通過調(diào)整環(huán)狀輻射貼片的內(nèi)外徑尺寸，使天線可以覆蓋GPS的L2和L5工作頻帶，同時(shí)兼顧伽利略的E5a和E5b工作頻點(diǎn)(1164-1215MHz)。天線采用兩個(gè)位置正交的饋電點(diǎn)對(duì)天線饋電，雙點(diǎn)饋電展寬了天線的工作頻帶，饋電網(wǎng)絡(luò)采用寬頻帶90o移相器級(jí)聯(lián)Wilkinson功分器，實(shí)現(xiàn)了天線26％的電壓駐波比帶寬。為了能夠同時(shí)滿足GPS的

3、多頻點(diǎn)工作要求，設(shè)計(jì)了一副同樣采用雙點(diǎn)饋電技術(shù)實(shí)現(xiàn)的雙頻圓極化天線，該天線使用兩層輻射貼片層疊排列，通過調(diào)節(jié)其尺寸使諧振頻率滿足設(shè)計(jì)要求，為了優(yōu)化天線的軸比，在輻射貼片中心開槽對(duì)表面電流進(jìn)行微擾，最終實(shí)現(xiàn)在GPS的L1、L2和L5這三個(gè)工作頻帶內(nèi)軸比小于3dB的右旋圓極化輻射。
　　2.對(duì)電磁耦合饋電的圓極化微帶天線進(jìn)行了研究。為了進(jìn)一步展寬天線的工作頻帶，使其可以覆蓋GNSS的所有工作頻點(diǎn)，本文對(duì)耦合饋電的圓極化天線進(jìn)行了深入研

4、究，首先設(shè)計(jì)了一副縫隙耦合圓極化天線，天線通過“蓮花型”縫隙將能量耦合到兩個(gè)同心環(huán)狀輻射貼片，實(shí)現(xiàn)了天線的雙頻工作，為了盡可能展寬饋電網(wǎng)絡(luò)的工作帶寬，在饋電網(wǎng)絡(luò)中加入了寬帶移相結(jié)構(gòu)，天線加工實(shí)物并在微波暗室進(jìn)行實(shí)測，實(shí)測電壓駐波比帶寬達(dá)到41.7%，在設(shè)計(jì)頻帶內(nèi)軸比均小于3dB。為了適應(yīng)天線的小型化趨勢，對(duì)上述天線進(jìn)行了改進(jìn)優(yōu)化，饋電網(wǎng)絡(luò)采用帶狀線形式，并將網(wǎng)絡(luò)分成兩層，使天線的尺寸極大的縮減，通過優(yōu)化耦合縫隙和輻射貼片的尺寸，改善了天

5、線在低仰角處的增益和軸比特性，該天線實(shí)現(xiàn)了50%的相對(duì)帶寬，且在整個(gè)工作頻帶內(nèi)最大輻射方向?qū)崪y軸比小于2dB。
　　3.對(duì)寬波束四臂螺旋天線進(jìn)行了研究。文中設(shè)計(jì)、加工了一個(gè)加載寄生臂的四臂螺旋天線，天線采用頂端開路的形式，通過調(diào)節(jié)螺旋圓柱體半徑和加載寄生臂等方式展寬了波束寬度，提高了天線低仰角處的增益。饋電網(wǎng)絡(luò)加載寬帶移相結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了在較寬的頻帶內(nèi)網(wǎng)絡(luò)輸出幅度和相位的穩(wěn)定性。加工了實(shí)物并進(jìn)行了實(shí)測，實(shí)測結(jié)果與設(shè)計(jì)相吻合。
　

6、　4.對(duì)圓極化直線陣列天線進(jìn)行了研究。設(shè)計(jì)了一套用于WiMax的右旋圓極化陣列天線，天線單元采用縫隙耦合饋電，一定程度上展寬了天線的工作頻帶，根據(jù)陣列方向圖低副瓣的設(shè)計(jì)要求，對(duì)陣列單元的幅度和相位分布進(jìn)行了優(yōu)化，通過仿真比較得到最優(yōu)的幅相分布并設(shè)計(jì)了饋電網(wǎng)絡(luò)，加工實(shí)物并進(jìn)行實(shí)測，實(shí)測陣列天線滿足設(shè)計(jì)要求。
　　5.對(duì)星載覆球波束陣列天線進(jìn)行了研究。通過對(duì)伽利略衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)中星載覆球波束陣列天線的研究，設(shè)計(jì)了一套24單元的圓極化陣列