北斗多頻兼容及高精度微帶天線研究.pdf

1、北斗衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)的建設(shè)與發(fā)展?jié)M足了國家安全、經(jīng)濟(jì)建設(shè)、科技發(fā)展和社會(huì)進(jìn)步等方面的需求，維護(hù)國家權(quán)益，增強(qiáng)綜合國力。應(yīng)用于衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)終端設(shè)備的天線是整個(gè)系統(tǒng)中至關(guān)重要的組成部分，它對整個(gè)終端系統(tǒng)能否穩(wěn)定、高效運(yùn)行起著決定性的作用，因此對衛(wèi)星導(dǎo)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(jìn)一步提高北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)定位精度和滿足民用通信對

2、天線設(shè)計(jì)要求的新挑戰(zhàn)。
　　本文主要針對我國衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)終端天線的新發(fā)展和實(shí)際應(yīng)用要求，設(shè)計(jì)多款性能優(yōu)異、結(jié)構(gòu)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(jià)值的理論模型和機(jī)理分析。論文中對三個(gè)系列天線分別進(jìn)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(jìn)行了分析和討論。論文提出寬帶化技術(shù)、頻點(diǎn)可調(diào)諧技術(shù)、小型化技術(shù)、多頻段兼容技術(shù)和相位中心穩(wěn)定結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，最終的仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果都表明

3、以上天線設(shè)計(jì)具有理論依據(jù)和現(xiàn)實(shí)意義。
　　本文研究內(nèi)容主要分為以下幾個(gè)方面:
　　第一部分首先針對北斗導(dǎo)航定位系統(tǒng)L頻段帶寬較窄的技術(shù)難點(diǎn)問題，本文提出了加載扳手調(diào)諧環(huán)結(jié)構(gòu)，在天線的角部加入了同時(shí)含容性及感性的諧振結(jié)構(gòu)，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(jié)果說明該結(jié)構(gòu)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(diào)節(jié)這個(gè)結(jié)構(gòu)，可以實(shí)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(diào)控技術(shù)，采用“錨”形結(jié)構(gòu)、扳手調(diào)諧環(huán)結(jié)構(gòu)、門字縫隙等可調(diào)諧結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)滿足北斗L及S頻點(diǎn)的單層雙頻微帶天線，該天線結(jié)構(gòu)新穎、簡單、集成化、單饋點(diǎn)、雙頻，能很好地滿足目前北斗導(dǎo)航系統(tǒng)終端設(shè)備對天線規(guī)范特性指標(biāo)要求。
　　第二部分設(shè)計(jì)了疊層耦合微帶天線。針對疊層耦合微帶天線結(jié)構(gòu)復(fù)雜，層間的電磁耦合難以控制，首先設(shè)計(jì)了一款簡單實(shí)用的微帶天線，在兩層貼片天線上分別加載扳手調(diào)諧環(huán)結(jié)構(gòu)、耳狀調(diào)諧環(huán)結(jié)構(gòu)，分

5、別調(diào)節(jié)兩個(gè)結(jié)構(gòu)尺寸，實(shí)現(xiàn)對兩個(gè)工作頻點(diǎn)的調(diào)諧。另一款天線針對北斗二代衛(wèi)星導(dǎo)航定位終端天線精準(zhǔn)定位、相位中心穩(wěn)定的性能指標(biāo)，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(kuò)展及尺寸控制，并且由于縫隙陣列的對稱結(jié)構(gòu)，使天線具有較穩(wěn)定的相位中心。與旋轉(zhuǎn)CSRR陣列、扳手調(diào)諧環(huán)結(jié)構(gòu)天線堆疊在一起，實(shí)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(shí)證實(shí)該旋轉(zhuǎn)CSRR分布

6、陣列所具有的超材料特性，如它的負(fù)磁導(dǎo)率和負(fù)的介電常數(shù)。仿真結(jié)果說明兩款天線性能表現(xiàn)良好。
　　第三部分設(shè)計(jì)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(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，采用迭代式T型異構(gòu)支節(jié)、塔式凹槽和加載分布式多孔陣列實(shí)現(xiàn)對天線頻點(diǎn)的靈活調(diào)控。為進(jìn)一步提高相位中心穩(wěn)定度，接著設(shè)計(jì)了一款四饋電多頻段兼容雙框結(jié)構(gòu)單層微帶天線，內(nèi)部加載多級(jí)邊框結(jié)構(gòu)調(diào)節(jié)天線兩個(gè)工作頻點(diǎn)的頻