北斗导航多频多极化低仰角微带天线研究

摘要

北斗导航系统(BDS)是我国独立研制开发的卫星导航定位通信系统，可以对我国领土、领海及周边地区的用户进行定位及定时授时，并且可以实现各用户之间、用户与中心控制站之间的简短报文通信。作为系统前端的关键器件，系统终端天线的设计对于北斗卫星导航事业的发展具有极为重要的现实意义。
　　针对目前国内北斗系统的发展状况，本文着重于研究提升终端天线核心硬件指标的关键技术问题。包括天线阵元馈电控制问题、低仰角增益问题、简单化等。设计了多系列各具特色、结构新颖的高性能终端天线，利用传输线理论、腔体模型理论以及引向天线理论等进行了建模分析，并在完成设计参数综合优化后制备了实际样品，针对实际投产中可能遇到的问题，提出了设计参数在量产时的预修正方案。
　　论文工作主要包括如下三个方面:
　　1、单层双框带内切口的双频双圆极化微带天线系列的分析与设计。文中提出了一种结构简单、集成化、单馈点、双频且兼顾不同旋向圆极化的新颖微带天线，能很好的满足目前北斗导航系统终端设备对天线规范特性指标要求。利用腔模理论与传输线理论相结合分析给出了此系列天线的等效模型，进而设计天线的结构，分析讨论了特定结构中的关键参量对天线性能的影响，完成了全面优化设计后，制作了天线样品。最后对样品进行了实际测量分析，归纳总结了此系列天线的设计要点、模型修正方案及量产中必须注意的问题。
　　2、低仰角小型化耦合阵列微带天线分析与设计。针对北斗接收天线对低仰角的特殊要求，给出了一种性能优良、结构简单、回波损耗低、轴比小、轴比带宽大、具有半全向辐射特性、低仰角补偿特性的圆极化微带天线。提出了利用平面引向阵列技术改善低仰角增益的方案，并在主辐射贴片上用了窗花式缝隙阵列，有利天线带宽扩展及尺寸控制，并且对称结构使天线具有较稳定的相位中心为下一代高精度北斗导航体系开发提供了一定的支持。
　　3、金字塔式叠层多频多极化低仰角微带天线分析与设计。依据上一部分设计的单频低仰角天线分析结果，并使用叠层设计理论，设计了双频点、极化方式易于调整并且各项辐射性能优异的天线。而且，可以进一步扩展其他常用的微波频段，满足RFID、DTV等现代多信息兼容应用拓展的要求。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1．北斗二代卫星导航定位系统概述

1．2．卫星导航终端天线的研究及发展现状

1．2．1．卫星导航终端天线的设计要求

1．2．2．卫星导航终端天线的类型及发展趋势

1．3．选题背景及意义

1．3．1．微带天线的小型化技术

1．3．2．微带天线的多频与多极化技术

1．3．3．微带天线的低仰角高增益技术

1．4．论文的主要研究工作及内容安排

1．5．论文创新点

参考文献

第二章 微带天线及引向天线微带化

2．1．引言

2．2．微带天线的分析方法

2．2．1．传输线模型理论

2．2．2．谐振腔体模型理论

2．2．3．全波分析方法

2．3．引向天线(八木天线)

2．4．引向天线微带平面化

2．5．天线圆极化理论

2．6．本章小结

参考文献

第三章 四桥耦合双频双圆极化微带天线分析与设计

3．1．引言

3．2．微带天线多模谐振实现多频化的原理分析

3．3．单层单馈电双频双圆极化微带天线的设计分析

3．3．1．技术指标及方案

3．3．2．微带天线基板选择

3．3．3．单层单馈电双频双圆极化微带天线结构分析

3．4．带EBG接地板的单层单馈电双频双圆极化微带天线的优化设计

3．5．本章小结

参考文献

第四章 低仰角高增益小型化耦合阵列微带天线分析与设计

4．1．引言

4．2．卫星导航定位原理及精度

4．3．微带天线低仰角增益的优化

4．3．1．矩形微带天线增益的引向分析

4．3．2．低仰角圆极化微带天线设计

4．4．双引向阵列低仰角高增益圆极化微带介质天线设计

4．5．双频双馈低仰角高增益微带介质天线设计分析

4．6．本章小结

参考文献

第五章 总结与展望

5．1．总结

5．2．展望

附录一 实验仪器及测试条件

附录二 微带天线样品

附录三 微带天线样品OTA实验室实测数据

附录四 攻读学位期间的研究成果

致谢