北斗多頻兼容及高精度微帶天線研究.pdf

1、北斗衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)的建設與發(fā)展?jié)M足了國家安全、經(jīng)濟建設、科技發(fā)展和社會進步等方面的需求，維護國家權益，增強綜合國力。應用于衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)終端設備的天線是整個系統(tǒng)中至關重要的組成部分，它對整個終端系統(tǒng)能否穩(wěn)定、高效運行起著決定性的作用，因此對衛(wèi)星導航系統(tǒng)終端天線提出了更高的要求。北斗終端系統(tǒng)兼有通信功能，需要考慮頻帶寬度、多頻兼容、低仰角增益、天線小型化、相位中心穩(wěn)定等性能問題，這也是進一步提高北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)定位精度和滿足民用通信對

2、天線設計要求的新挑戰(zhàn)。
　　本文主要針對我國衛(wèi)星導航系統(tǒng)終端天線的新發(fā)展和實際應用要求，設計多款性能優(yōu)異、結構新穎、適用于北斗二代衛(wèi)星定位系統(tǒng)的終端天線，并基于微帶天線分析方法給出具有參考價值的理論模型和機理分析。論文中對三個系列天線分別進行了仿真和優(yōu)化，并對所有天線的回波損耗、阻抗帶寬、方向性增益圖等進行了分析和討論。論文提出寬帶化技術、頻點可調諧技術、小型化技術、多頻段兼容技術和相位中心穩(wěn)定結構設計，最終的仿真和實驗結果都表明

3、以上天線設計具有理論依據(jù)和現(xiàn)實意義。
　　本文研究內容主要分為以下幾個方面:
　　第一部分首先針對北斗導航定位系統(tǒng)L頻段帶寬較窄的技術難點問題，本文提出了加載扳手調諧環(huán)結構，在天線的角部加入了同時含容性及感性的諧振結構，靈活控制微帶天線的輻射邊長。通過建立等效電路模型分析該天線的工作原理，仿真對比結果說明該結構能夠有效改善天線低仰角增益，拓展帶寬，提升系統(tǒng)的穩(wěn)定性;通過調節(jié)這個結構，可以實現(xiàn)兼容GPS的1.575GHz和北斗

4、1.616GHz雙頻工作。根據(jù)區(qū)域微擾調控技術，采用“錨”形結構、扳手調諧環(huán)結構、門字縫隙等可調諧結構，設計滿足北斗L及S頻點的單層雙頻微帶天線，該天線結構新穎、簡單、集成化、單饋點、雙頻，能很好地滿足目前北斗導航系統(tǒng)終端設備對天線規(guī)范特性指標要求。
　　第二部分設計了疊層耦合微帶天線。針對疊層耦合微帶天線結構復雜，層間的電磁耦合難以控制，首先設計了一款簡單實用的微帶天線，在兩層貼片天線上分別加載扳手調諧環(huán)結構、耳狀調諧環(huán)結構，分

5、別調節(jié)兩個結構尺寸，實現(xiàn)對兩個工作頻點的調諧。另一款天線針對北斗二代衛(wèi)星導航定位終端天線精準定位、相位中心穩(wěn)定的性能指標，提出了簡單且具有高對稱性的縫隙陣列微帶天線，主輻射貼片上用了對稱折角迭代式縫隙陣列，有利天線帶寬擴展及尺寸控制，并且由于縫隙陣列的對稱結構，使天線具有較穩(wěn)定的相位中心。與旋轉CSRR陣列、扳手調諧環(huán)結構天線堆疊在一起，實現(xiàn)小型化、多頻及雙圓極化微帶天線，通過等效電路模型分析兩款天線工作原理，同時證實該旋轉CSRR分布

6、陣列所具有的超材料特性，如它的負磁導率和負的介電常數(shù)。仿真結果說明兩款天線性能表現(xiàn)良好。
　　第三部分設計了多饋電多頻段兼容單層微帶天線系列。針對北斗高精度天線相位中心穩(wěn)定的要求，本文提出了一款八邊形階梯邊緣雙饋電微帶天線結構設計，采用迭代式T型異構支節(jié)、塔式凹槽和加載分布式多孔陣列實現(xiàn)對天線頻點的靈活調控。為進一步提高相位中心穩(wěn)定度，接著設計了一款四饋電多頻段兼容雙框結構單層微帶天線，內部加載多級邊框結構調節(jié)天線兩個工作頻點的頻