北斗双频圆极化天线及阵列的研究与设计

发布时间：2020-06-28 07:39

【摘要】：近年来,随着无线通信技术的快速发展,全球导航定位系统建设的逐步改善,卫星导航系统在军事和民用领域中发挥了重要作用。其中投入使用阶段且高速发展的我国自主研发的卫星导航系统,北斗定位导航系统在各方面都有广泛的应用。考虑到卫星通信技术的发展和北斗卫星信号的多频段、圆极化特性,对于多频段、圆极化以及集成化的北斗天线设计具有重要的研究意义。本文首先阐述了微带天线的相关基础知识、工作参数及实现圆极化天线的方式,然后给出北斗圆极化天线的主要性能参数、设计指标等,最终以微带圆极化天线为基础,研究设计了低剖面、小型化的北斗天线。其次本文设计了覆盖BDS-2 B1和B3频段的天线,分别利用圆形贴片开环槽、十字交叉槽及电磁耦合馈电方式和方形贴片对角切角及单个同轴馈电方式来实现。文中给出了天线设计过程中相关参数的改变对天线性能的影响,依据理论分析和仿真优化确定天线参数的最佳值。这两款双层双频圆极化天线尺寸相近,其中单馈双频圆极化天线实测在1.25GHz-1.3GHz和1.53GHz-1.57GHz频率范围内反射系数小于-10dB,中心轴比小于3dB,辐射方向图较好,交叉极化比高于16dB。单元天线组阵可以形成某种所需功能应用的阵列天线,其在卫星定位系统的接收机模块承担重要的角色。最后本文设计用于B1频段的单元天线,其模型是在第四章圆极化天线结构基础上对贴片开设 U 型槽,实现了更小尺寸的阵元天线,将4个单元组成方形平面的阵列,利用多节一分二T形功分器,采用非辐射边馈电的方式实现天线宽频带内的圆极化特性。圆极化阵列天线仿真结果表明,在1.51GHz-1.6GHz频率范围内反射系数小于-10dB,主轴方向轴比小于3dB,且轴比小于3dB的角度范围达到84°,E面增益最大可达5.48dB,虽然天线实测E面产生高达-13.6dB的旁瓣,H面最大辐射方向图偏离中心轴3°,但是天线整体辐射变化趋势与仿真结果基本吻合。
【学位授予单位】：南京信息工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN967.1
【图文】：

示意图,北斗卫星,导航系统,示意图

取得优异成果后进入快速发展；２０１１年１２月我国北斗二代卫星导航系统正式面向亚太逡逑大部分地区提供服务；２０２０年之后将建成北斗三代，卫星导航系统逐渐完善。逡逑北斗卫星导航系统由空间段、地面段和用户端三部分组成［２］，如图１．１所示。其中逡逑空间段是采用地球同步轨道卫星、倾斜地球同步轨道卫星和中圆地球轨道卫星组成的混逡逑合导航星座；地面段包含监控站、主控站和注入站等若干地面站；用户端包括各种北斗逡逑兼容其他系统的用户终端设备。北斗卫星导航系统免费向亚太地区提供定位精度１０米，逡逑１逡逑

螺旋天线,加载,双频

在此基础上，四臂螺旋天线［４，５］结构为等幅正交的四根螺旋馈线，其能够获得较好的阻逡逑抗带宽、高前后比、对称的心形方向图等圆极化特性［６］。文献［７］中介绍了一款工作在逡逑ＧＰＳ邋Ｌ１频段上加载介质的四臂螺旋天线，其结构如图１．２所示。缠绕的螺旋馈线结构逡逑能够减小天线的体积，并将能量耦合到介质内，还能减小外界空间对天线的干扰。而且逡逑该天线是利用巴伦结构来实现匹配，使得放置于空间的任意功能天线不会造成相互辐射逡逑影响。逡逑．４５－逦｛１８０＋４５，逡逑？￣￣必yU一邋ｒａｄｉａｔ＾ｎ邋ｓｅｃｔｉｏｎ逡逑■？逦ｂａｌｕｎ邋ｓｔｅｃｖｄ逡逑图１．２加载高介电介质的四臂螺旋天线逡逑如图１．３所示，文献［８］中Ｌａｍｅｎｓｄｏｒｆ设计的双频四臂螺旋天线结构，结合了集总逡逑元件和四个长度为一个波长的螺旋线，在适当的地方断开螺旋线，然后用一个ＬＣ并联逡逑谐振的电子器件分别连接断开的上下两部分，通过调节并联谐振回路的状态来实现天线逡逑的双频特性。逡逑ｆｅｅｄ邋Ｕ逡逑图１．３双频四臂螺旋天线逡逑３逡逑

【参考文献】