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北斗宽波束及宽带圆极化天线研究

林伟鑫  
【摘要】:目前我国的北斗卫星导航系统正快速建设并已逐渐投入使用。由于圆极化天线非常适用于卫星通信系统,因此研究圆极化天线具有十分重要的意义。具有覆盖上半空间辐射方向图的宽波束天线能够接收来自更多方向的卫星信号,从而提高定位导航的精度。卫星导航系统往往具有多个工作频段,而一个宽带天线可以同时覆盖这些频段,从而减少系统中所需天线的数目,实现设备的小型化。平面圆极化天线和立体四臂螺旋天线是常用的北斗天线。输入阻抗是天线的一个重要电路参量,研究四臂螺旋天线的输入阻抗对该天线的设计具有重要的指导意义。 本文首先总结了宽波束和宽带圆极化天线的研究现状。宽波束的实现主要通过在天线周围引入寄生单元。除了一些天线本身具有宽带圆极化性能外,展宽轴比带宽的方法主要有利用多模产生多个轴比最小点和改善馈电网络。 然后在第二章中研究了四臂螺旋天线输入阻抗与其结构参数之间的关系,得出了一系列的输入阻抗拟合公式,丰富了四臂螺旋天线的理论。在第三章中,分别利用四臂螺旋天线加载交叉振子寄生单元和笼形寄生单元的方法,设计出两个北斗一代宽波束圆极化天线,3dB波束可以覆盖整个上半空间,并具有低仰角高增益的特点。最后在第四章中,提出了一种宽带圆极化槽天线。利用引入T形金属带和L形缝隙产生两个圆极化模式,通过改变两个轴比最小点的频率可以很方便地控制天线的轴比带宽。采用在馈电线上加载金属枝节实现天线轴比带宽内的阻抗匹配。利用该结构设计了一个北斗二代宽带圆极化天线,轴比带宽为30%,覆盖了北斗二代的所有频段并可以同时兼容GPS的L1和L2频段。进而设计了双单元的天线阵列,克服了天线单元高频方向图不对称的问题,轴比带宽达到64.2%。


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