衛(wèi)星導航系統(tǒng)中圓極化天線及其陣列的研究.pdf

1、隨著衛(wèi)星定位導航和無線通信技術的飛速發(fā)展，電子設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)星導航和通信的圓極化天線得到了越來越廣泛的應用與重視，對圓極化天線的要求也日漸提高。本文結合科研課題，對應用于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行了深入研究。作者的主要研究成果可概括為：
　　1.對采用雙點饋電的寬頻帶和雙頻帶圓極化微帶天線進行了研究。本文以多模

2、衛(wèi)星導航系統(tǒng)的終端天線為研究背景，設計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，通過調整環(huán)狀輻射貼片的內外徑尺寸，使天線可以覆蓋GPS的L2和L5工作頻帶，同時兼顧伽利略的E5a和E5b工作頻點(1164-1215MHz)。天線采用兩個位置正交的饋電點對天線饋電，雙點饋電展寬了天線的工作頻帶，饋電網(wǎng)絡采用寬頻帶90o移相器級聯(lián)Wilkinson功分器，實現(xiàn)了天線26％的電壓駐波比帶寬。為了能夠同時滿足GPS的

3、多頻點工作要求，設計了一副同樣采用雙點饋電技術實現(xiàn)的雙頻圓極化天線，該天線使用兩層輻射貼片層疊排列，通過調節(jié)其尺寸使諧振頻率滿足設計要求，為了優(yōu)化天線的軸比，在輻射貼片中心開槽對表面電流進行微擾，最終實現(xiàn)在GPS的L1、L2和L5這三個工作頻帶內軸比小于3dB的右旋圓極化輻射。
　　2.對電磁耦合饋電的圓極化微帶天線進行了研究。為了進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，本文對耦合饋電的圓極化天線進行了深入研

4、究，首先設計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同心環(huán)狀輻射貼片，實現(xiàn)了天線的雙頻工作，為了盡可能展寬饋電網(wǎng)絡的工作帶寬，在饋電網(wǎng)絡中加入了寬帶移相結構，天線加工實物并在微波暗室進行實測，實測電壓駐波比帶寬達到41.7%，在設計頻帶內軸比均小于3dB。為了適應天線的小型化趨勢，對上述天線進行了改進優(yōu)化，饋電網(wǎng)絡采用帶狀線形式，并將網(wǎng)絡分成兩層，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，該天線實現(xiàn)了50%的相對帶寬，且在整個工作頻帶內最大輻射方向實測軸比小于2dB。
　　3.對寬波束四臂螺旋天線進行了研究。文中設計、加工了一個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)絡加載寬帶移相結構，實現(xiàn)了在較寬的頻帶內網(wǎng)絡輸出幅度和相位的穩(wěn)定性。加工了實物并進行了實測，實測結果與設計相吻合。
　

6、　4.對圓極化直線陣列天線進行了研究。設計了一套用于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計要求，對陣列單元的幅度和相位分布進行了優(yōu)化，通過仿真比較得到最優(yōu)的幅相分布并設計了饋電網(wǎng)絡，加工實物并進行實測，實測陣列天線滿足設計要求。
　　5.對星載覆球波束陣列天線進行了研究。通過對伽利略衛(wèi)星導航系統(tǒng)中星載覆球波束陣列天線的研究，設計了一套24單元的圓極化陣列