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GPS是应用最早也是目前最成熟的卫星定位技术。GPS卫星接收天线是GPS信号接收设备的重要组成部分,其性能直接影响到接收信号的能力。对于天线集成于信号接收机中的情况来说,不同的载体外形通常要求不同的天线结构;而不同的应用场合,其性能要求也不同。所以,如何在已有天线设计方法和天线结构的基础上进行改进甚至创新来适应这种不断发展的需要,是目前天线研发领域一直所面临的问题。
专用的GPS信号接收机,一般要求较高的定位精度;对于天线来说,就是要求较高的增益、较强的抗干扰能力、多频段工作、较理想的圆极化特性,以及较宽的波瓣宽度等电特性。同时,考虑到不同的应用,还应该具有合适的几何结构。
本文成功设计了一种专用GPS接收天线及其馈源网络。在考虑结构尺寸前提下,采用多种措施,改善了GPS天线的阻抗匹配特性和辐射特性。使用不同基底材料来满足不同的几何结构要求,第一种结构主要满足车载、船载和机载的应用需要;第二种结构主要满足手持GPS接收机信号接收的需要,或者构成具有更强信号接收能力的自适应微带天线阵列。
由于天线结构较为复杂,多个结构参数间联系紧密,单纯采用常规的设计方法很难实现。本论文主要是结合常规设计方法和IE3D仿真软件的强大建模与参数调节功能进行的设计与研究,成功实现了一种满足要求的双频段缝隙耦合叠层矩形微带天线;此外,采用平行馈源技术的馈电网络在IE3D_LineGauge模块的辅助设计下得以实现,该馈源网络很好的满足了天线所需的圆极化特性。在所设计并研究的天线结构中,两个正方形贴片堆叠于共用的接地面之上:馈源网络通过缝隙耦合的结构对辐射元进行馈电,缝隙耦合结构可以利用叠层贴片的共用接地面来隔离不需要的馈源辐射,尽量避免此辐射效应对贴片天线的辐射图产生影响。此外,这种天线被设计工作于Ll,L2和L5的GPS频段。最后,利用IE3D对最终确定的天线及其馈源网络进行精确建模和结果后处理,通过对结果进行分析比较可知,此天线及馈源系统的设计能够较好的满足实际使用要求,具有重要的实际应用价值。