无人机机载接收机天线的设计与研究

发布时间：2020-05-18 09:01

【摘要】：本文主要针对无人机搭载的GPS(北斗)接收机天线进行研究设计,设计了多款适用于无人机机载环境的单频点、多频点、小型化接收天线。首先,介绍了本课题的研究背景及意义,并且对无人机导航天线和通信天线的研究现状作了调研。接着对环形天线、微带天线的基本理论以及天线的圆极化技术进行了研究。第三章,设计了两款环形圆极化天线和一款GPS小型化微带天线。(1)基于“L”形探针馈电结构设计了加载开路枝节的GPS(1.575GHz)圆形环天线,尺寸较小,其回波损耗小于-20dB,驻波比小于1.3,增益将近9dB,3dB轴比带宽也覆盖整个通带,实现了较好的圆极化,前后比大于27dB,较好抑制了天线的后向辐射;(2)利用“L”形探针进行馈电,将多个方形环天线进行组合重构设计了加载枝节的GPS北斗双模天线,中心频点分别为1.207GHz(北斗B2频段)和1.575GHz(GPS L1频段),其相应的-10dB带宽分别为173MHz和124MHz,3dB轴比带宽分别为30MHz和20MHz,天顶方向最大增益分别为5.4dB和7.5dB;(3)采用高介电常数的介质基片,并且提出了一种形状特殊的辐射贴片,进而设计了一款GPS小型化微带天线,其尺寸为32*32*4 mm~3,加工了实物并且对其进行了测试,实测结果与仿真结果基本一致,在中心频点的回波损耗小于-20dB,天顶方向增益2.2dB。第四章,将切角微带天线和小环天线结合实现了通信和导航一体化的无人机机载天线。由于小环天线的尺寸远小于谐振频点对应的波长,所以小环天线具有小型化的天然优势。但小环天线的辐射阻抗较小,通过在特定位置加入短路钉(引入电感)和集总电容,可在实现小环天线阻抗匹配的同时增加带宽。在这一部分,首先基于电小环天线与微带天线设计工作于GSM900/GSM1800/GPS频段的天线,并对其进行了实物加工和测试,实测结果与仿真结果基本一致。进一步,考虑到波束扫描天线在无人机上也有一定的应用,因此本文根据该结构设计工作于1.8GHz的超宽波束天线,并在此基础上设计了1*12的阵列天线,实现了±65°的波束扫描。
【图文】：

内蒙古大学硕士学位论文卫星侦察，空中预警等方面；而在民用方面，抗震救灾便是一个重要的应用，年汶川地震时，借助无人机获取灾区图像信息，图 1.1 为无人机在地震救援过程图。这一应用为抗震救灾提供第一手的宝贵资料，为其赢得了宝贵的时间，且开展提供了方便。

内蒙古大学硕士学位论文。其中，微带贴片天线和缝隙天线是常用的两类微三维螺旋天线两大类。这几类天线共性是其辐射方易于实现圆极化辐射。是由金属线弯曲所形成的圆柱螺纹形天线，所以称电。由于圆柱形螺旋天线的波束宽度比较窄，越来旋天线的基础上不断改进，，最终提出了如图 1.2 所四条尺寸、材质相同的金属线和一个圆锥形介质柱一个圆锥形介质柱上就组成了圆锥形四臂螺旋天线的大小可以达到展宽波束的效果。文献[9]中四臂螺其高度较高，馈电结构复杂，以至于其加工难度大泛应用。
【学位授予单位】：内蒙古大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN827.2;V279;V243.4

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