基于电磁带隙结构的北斗导航系统宽带天线设计

发布时间：2017-12-25 18:40

本文关键词：基于电磁带隙结构的北斗导航系统宽带天线设计　出处：《大连海事大学》2017年硕士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：北斗二代导航系统是我国自主研发的导航系统,共有三个频段(1207.14士10.23MHz、1268.52±10.23MHz 和 1561.098±2.046MHz),其极化方式均为右旋圆极化。天线作为北斗导航系统的终端器件,负责发射和接收电磁波信号,其性能好坏直接影响整个系统的通信质量,因此,研究能够覆盖北斗二代所有频段、性能良好的宽带圆极化天线具有十分重要的意义。在导航天线的设计过程中,除了可以通过改变天线自身结构的方法来提升天线的性能之外,还可以通过加载外部结构来对其进行优化设计。由于将电磁带隙结构(EBG)运用到天线上可以降低表面波在衬底边缘产生的旁瓣和后瓣电平、增加天线的前后辐射比、改善天线方向图、提高天线增益,因此,本文致力于研究北斗二代导航天线及应用于该天线的电磁带隙结构的设计与实现方法,主要工作和成果包括以下几点:(1)设计了一款应用于北斗二代导航系统频段的多频电磁带隙结构。通过在蘑菇型电磁带隙结构的贴片上开凹槽的方法实现了多频阻带特性,并利用悬置微带线法对该结构进行了测试和验证。测试结果表明,该结构呈现出三个不同的阻带,分别是1.15～1.29GHz、1.38～1.45GHz和1.5～1.655GHz,其中,第一阻带和第三阻带共同覆盖了北斗二代导航系统的三个频段,完成了预期要求。(2)设计了一款共面波导馈电的微带圆极化天线。通过在矩形宽槽天线上加载十字枝节和开T形缝隙的方法实现宽频圆极化,经过理论计算和大量参数调试,得到天线的性能指标为:中心频率1.4GHz,阻抗带宽约为630MHz,阻抗相对带宽约为45%;3dB轴比带宽约为450MHz,3dB轴比相对带宽约为32%;最大增益为2.04dBi;交叉极化鉴别率约为-35dB。该天线覆盖了北斗二代导航系统的全部三个频段,最终达到了设计要求。(3)设计了一款缝隙耦合馈电的宽频圆极化天线。首先设计了一款移相90度的宽频移相网络,然后通过缝隙耦合的方式给上方两层圆形辐射贴片馈电。该天线的中心频率为1.35GHz,阻抗带宽约为550MHz,轴比在1.16GHz到1.62GHz频段内均小于3dB,最大增益为5.4dBi,交叉极化鉴别率约为-20dB,实现了覆盖北斗二代导航系统全部三个频段的宽频圆极化特性。(4)将所设计的电磁带隙结构加载到了所设计的两款宽带圆极化天线上,通过调节天线与电磁带隙结构的距离来找到最佳的加载位置,由于电磁带隙结构的频率带隙特性,使得天线的反向电磁波无法传输,因此减小了能量损失,进而提升了天线的一些性能。最终成功的通过加载电磁带隙结构使两款天线的阻抗带宽分别增加了 50MHz和100MHz,增益提升了1dBi和1.6dBi,并且方向性图有所改善。本文采用的是理论设计与电磁仿真软件优化相结合的方法进行设计,并进行了实物的加工和测试来验证设计结果。测试结果表明,两款天线均实现了覆盖北斗二代导航系统全部三个频段的宽频圆极化特性,并且通过加载电磁带隙结构,增大了天线的带宽,提升了天线的增益,并且改善了天线的方向性图。
【学位授予单位】：大连海事大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TN965.2

【参考文献】