双频宽带圆极化卫星导航贴片天线的研究

摘要

近年来随着无线通讯技术的不断发展，推动着通信领域行业前进的步伐。而卫星导航定位系统作为其中的一个重要方向，也在不断地更新换代。目前的卫星导航定位系统不仅能满足军事上的需求，在民用中的使用范围也越来越广，许多国家都加入了自主研发自己的卫星导航定位系统的行列中来。天线作为卫星导航系统中的重要组成部分，其性能会直接影响整个卫星导航系统作用的的实现。因此卫星导航天线的研究得到了业界广泛的关注，为了满足不同环境下各种应用的需求并研发出了多种类型的天线。
　　微带天线作为一门独立的课题，以其结构和性能的特殊优势，能适应多种场合的应用需求，在行业中受到了广泛的使用。本文以微带天线中使用同轴馈电的微带贴片天线作为主要研究课题，针对目前GPS/GLONASS/GALILEO/北斗四大卫星系统的L1和L2工作频段，结合卫星导航定位系统的圆极化通讯信号，主要设计了两款双频圆极化微带贴片天线。
　　文中经过一定的理论分析和借助电磁仿真软件的计算，通过初步的理论设计再经过软件的仿真计算的优化，设计了一款双层双频圆极化卫星导航贴片天线，并实现了一款新型双频宽带圆极化卫星导航贴片天线。
　　其中对双层双频圆极化卫星导航贴片天线的天线的辐射单元进行了理论分析。同时还经过对两个正交混合网络的设计优化，用来搭建了天线的馈电电路网络，使得上层和下层各自的两个馈电点都能够得到等振幅的90°移相馈电，实现了天线的圆极化辐射。经过仿真的计算，此天线能够覆盖四大卫星系统所需的L1和L2工作频段，具有较高的增益和良好的轴比，实现了天线的双频圆极化。
　　设计的另一款新型双频圆极化卫星导航贴片天线，经过增加寄生辐射方环，利用缝隙耦合，使得单层的贴片天线产生了两个频段的辐射，实现了贴片天线的小型化。同时利用特殊开槽，降低天线的Q值，拓宽了高频段的带宽，实现了天线的宽频带特性。此款天线采用了四馈电点等功率90°移相馈电，用来实现天线的圆极化辐射。文中对馈电电路网络的搭建进行了相应的分析，并采用了一款四相等功分定向耦合器作为馈电电路网络的主要器件。结合天线辐射贴片的仿真优化计算，对天线辐射贴片和馈电电路网络的实物进行了加工测试，并和仿真数据进行了对比分析。
　　作为卫星导航定位系统的接收天线，除了需要满足增益、带宽和圆极化的性能，为了保持定位功能的稳定性和高精度，天线还需要具备较为稳定的相位中心。文中利用基于有限差分法的电磁仿真软件CST微波工作室对文中所设计的新型双频宽带圆极化卫星导航贴片天线的相位中心进行了相应的理论分析和仿真计算，表明此款天线具有较为稳定的相位中心。

目录

摘要

第一章 绪论

1．1 本课题的研究背景与意义

1．1．1 本课题的研究背景

1．1．2 本课题的研究意义

1．2 本课题的研究发展状况

1．3 本文的主要内容

第二章 微带贴片天线理论基础

2．1 微带贴片天线概述

2．1．1 微带贴片天线简介

2．1．2 微带贴片天线的基本结构

2．1．3 微带贴片天线的馈电

2．2 矩形微带贴片天线

2．2．1 矩形微带贴片天线的辐射原理

2．2．2 矩形微带贴片天线的分析方法

2．2．3 微带贴片天线尺寸计算

2．3 本章小结

第三章 双频圆极化微带贴片天线的设计

3．1 圆极化微带贴片天线

3．1．1 天线的极化特性

3．1．2 圆极化微带贴片天线概述

3．1．3 圆极化微带贴片天线的实现

3．2 双频圆极化微带贴片天线的设计

3．2．1 技术指标与初步方案

3．2．2 介质基板的选择

3．2．3 贴片尺寸的计算

3．2．4 天线的双层辐射贴片结构

3．2．5 双层天线理论分析

3．3 双频圆极化微带贴片天线的馈电网络

3．3．1 馈电网络的设计

3．3．2 双频天线馈电网络的实现

3．4 双频圆极化微带贴片天线的整体仿真

3．5 本章小结

第四章 新型双频宽带圆极化卫星导航天线

4．1 双频宽带圆极化卫星导航天线的设计

4．1．1 宽带圆极化卫星导航天线天线的理论基础

4．1．2 天线的结构设计

4．1．3 天线结构优化

4．1．4 天线仿真结果分析

4．2 圆极化馈电网络设计

4．3 天线实物制作及分析

4．3．1 天线实物样品的制作

4．3．2 测试结果分析

4．4 本章小结

第五章 新型贴片天线相位中心的分析

5．1 相位中心的基本概念

5．2 相位中心的计算

5．2．1 相位中心的理论计算

5．2．2 相位中心的仿真计算

5．3 新型宽带双频圆极化天线相位中心的计算

5．3．1 天线相位中心计算前的场源分析

5．3．2 天线相位中心的仿真计算

5．4 本章小结

总结与展望

参考文献

攻读学位期间发表的论文及申请的专利

声明

致谢