车载卫星通讯圆极化天线的研究

发布时间：2020-10-27 14:56

　　 近年来,卫星通信技术的发展日新月异。随着汽车的普及,车载卫星通讯应用日趋广泛,人们对车载卫星通讯服务也提出了更高的要求。作为车载卫星通讯的基础,车载卫星通讯天线相关研究就显得尤为重要。本文以车载卫星通讯天线的设计与研究为相关背景,针对目前天线所存在的带宽、小型化等问题进行了着重探讨,部分研究成果已发表于本领域的外文知名期刊上。本文的主要研究工作如下:1.鉴于卫星通讯天线大都为圆极化天线,对此,具有针对性的提出了一款附加单一寄生贴片的宽带单馈天线,其包含四面金属壁,以及不规则金属地板,调节了天线的轴比带宽,也实现了天线的高增益定向性。交叉偶极子臂采用半椭圆与矩形臂合并的新颖形式,产生了两个相邻的轴比通带,很大的展宽了天线的带宽,天线实测相对轴比带宽68.6%(2.3GHz-4.7GHz),平均增益达到了9dB,且在通带内,增益的浮动小于2dB。2.考虑到汽车在行驶过程中与地球同步卫星通讯的不确定性,实现天线的小型化与高增益性以及宽角度圆极化就很有必要,因此,又设计了一种2×2小型印制天线阵列。该天线单元是由四个倒L天线组成,通过一个等幅等相位差功分器进行馈电,使得该天线对外辐射圆极化波,经测试看出,天线单元(0.25λ×0.25λ×0.05λ,λ为中心频率1.48GHz对应波长)的增益在3.8dB左右,其2×2天线阵列的增益大概在7.6dB左右。除此之外,通过引入由3dB定向耦合器组成的馈电网络使该小型阵列也具有一定的可扫描性。3.基于Ku-band在卫星通讯系统的广泛应用,对车载卫星通讯天线在Ku-band的研究也日益增多,为了降低天线所收到的干扰以及其交叉极化强度,圆极化车载卫星通讯天线的设计就显得尤为重要。为此,设计了一款叠型金属腔宽频带圆极化天线,仿真结果显示,天线的驻波带宽6.6-17.8GHz,轴比带宽11.8-17.7GHz。同时,为了实现低剖面,又设计了一款基于SIW馈电的2×2低剖面微带天线阵列,该天线阵列高度只有1.408mm(0.056λ,λ为中心频率14GHz对应波长),该天线阵列增益达13dB。
【学位单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：U463.673;TN821.1
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 车载卫星通讯天线的研究意义
    1.2 国内外研究历史与现状
        1.2.1 车载天线研究现状
        1.2.2 卫星通讯圆极化天线
    1.3 本文的主要贡献与创新
    1.4 本论文的结构安排
第二章 微带圆极化天线相关理论基础
    2.1 微带天线的类型
    2.2 微带天线辐射机理
        2.2.1 传输线模型分析理论
        2.2.2 腔体模型理论分析
        2.2.3 全波分析理论
    2.3 微带圆极化天线馈电形式
        2.3.1 同轴线馈电技术
        2.3.2 微带线馈电技术
        2.3.3 双馈圆极化馈电形式
        2.3.4 2×2天线阵多元馈电形式
    2.4 微带圆极化贴片天线带宽
    2.5 交叉偶极子印制天线
    2.6 SIW结构形式
    2.7 本章小结
第三章 宽带圆极化交叉偶极子天线研究
    3.1 交叉偶极子天线的研究现状
    3.2 天线设计结构与分析
    3.3 天线设计过程与工作机理
    3.4 仿真与加工测试结果
    3.5 相关参数分析
    3.6 本章小结
第四章 小型车载卫星通讯天线阵列设计
    4.1 天线单元的设计与探究
        4.1.1 宽频带车载卫星通讯天线单元设计
        4.1.2 基于PIFA天线设计的四臂螺旋圆极化天线单元
    4.2 天线单元的仿真结果分析
    4.3 2×2小型天线阵列设计与仿真测试
        4.3.1 2×2小型天线阵列结构设计
        4.3.2 天线加工及实测结果
    4.4 波束可重构型2×2天线阵列设计
        4.4.1 单端口激励情况下天线阵列辐射情况
        4.4.2 多端口激励情况下天线阵列辐射情况
    4.5 本章小结
第五章 Ku-band车载卫星通讯圆极化天线研究
    5.1 Ku-band卫星通讯天线研究现状
    5.2 宽频带微带贴片天线设计
        5.2.1 单元结构设计
        5.2.2 天线仿真结果分析
        5.2.3 天线单元关键参数分析
        5.2.4 叠层型金属腔体宽频带天线设计
    5.3 低剖面小型2×2天线阵列设计
        5.3.1 天线阵列设计结构
        5.3.2 天线阵列仿真结果分析
        5.3.3 天线阵列仿真参数分析
    5.4 本章小结
第六章 总结与展望
    6.1 本文工作总结
    6.2 研究前景展望
致谢
参考文献
攻读硕士学位期间取得的成果

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本文编号：2858671