多模卫星导航天线的研究与设计

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全球卫星导航系统是利用卫星向全球用户提供高质量的定位、导航和授时服务。随着卫星导航技术的发展,许多国家都已建立了自己的卫星导航系统,目前,美国的GPS,俄罗斯的GLONASS已被广泛应用,欧洲的Galileo和中国的Compass也已服务于社会。未来的卫星导航系统为了提高定位精度和解决单一系统覆盖盲区的问题,将会采用多种卫星导航体制相兼容的模式,而终端天线是卫星导航系统的重要组成部分,在一定意义上决定着卫星导航系统的性能。所以研究一种兼容多模卫星定位导航系统的终端天线具有重大的现实意义。多模卫星定位导航天线要求覆盖四种卫星导航频段,频带范围为1164-1615.5MHz,相对带宽达33%,辐射右旋圆极化波,覆盖地平面以上空间的方向图,要求5。仰角增益不小于-5dB。由此可知,该天线的设计有两大难点,一方面阻抗带宽较宽(BW=451.5MHz),另一方面是宽频带的圆极化要求。本文从卫星导航天线的设计要求出发,对微带天线和功分移相馈电网络做了分析和研究,具体展开了以下工作:1.介绍了微带天线的种类、辐射机理、馈电方式以及分析方法,在此基础上研究了微带天线的宽频带技术和圆极化技术,并利用HFSS软件给出了研究仿真实例。2.提出了一种新型结构的宽带微带天线,在辐射贴片四周对称位置开矩形缝隙以提高阻抗带宽,并对开槽缝隙的大小以及位置参数进行了研究分析。3.研究了Wilkinson功分器以及Schiffman移相器的基本理论和设计方法,设计了一种一分四的宽带功分移相馈电网络,保证了多馈点实现圆极化要求。本设计中利用高频仿真软件HFSS和ADS进行辅助设计,对天线进行了实物加工,最后在微波暗室对天线进行了测试,测量结果显示,其阻抗带宽达到了55%(S11<-10dB),圆极化性能良好,能够满足多模卫星定位导航系统的要求,具有良好的应用价值。
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