卫星通信双频段微带天线的设计研究

摘要

卫星通信在人们的社会生活中应用越来越广，应用于地空通信特别是卫星通信的天线的需求越来越多，天线作为通信设备的收发设备，天线性能的好坏对地空通信的质量有着重要的影响。中国的卫星导航事业正在飞速发展，北斗系统的研制是中国无线通信事业的重要里程碑。为了满足未来中国卫星导航的需要，如何设计实现导航天线的多频化，小型化以圆极化至关重要。
　　针对对于卫星导航事业的需要，本文设计了3款用于卫星导航系统的双频带天线，鉴于微带天线在重量，剖面低以及容易圆极化的优点，设计研究的天线都是采用的微带天线。首先由于层叠天线结构比较简单，设计了一款能够兼容北斗系统B1频段，B3频段双频圆极化天线。天线采用最基本的圆形贴片，通过采用高介电常数和表面曲流相结合的方法实现了天线的小型化，在相同频率下天线尺寸缩小了45.1％，天线的增益有小幅的增加。通过在贴片上引入微扰的方式，实现天线的右旋圆极化性能，在B1和B3的频段轴比小于3dB，在仰角为90°时右旋圆极化最高增益大于3dB，0dB波瓣宽度大于100°，可以实现天线良好的全向性，更好的接收卫星信号，同时前后比大于20dB，可以有效抑制来自后方的信号干扰。天线的设计最终符合卫星天线的应用标准。
　　为了更好的实现天线的小型化的功能，用微小贴片的形式设计了两款卫星天线，通过在贴片上引入微带枝节来实现天线的双频化，然后采用通过竖直的贴片与平面的微带馈线，来实现天线的右旋圆极化工作。第一款天线能够覆盖GPS的L2波段，GNSS的B1频段，在1.230GHz，1.560GHz，1.580GHz三个频点上天线的右旋圆极化最高增益大于1.5dB。第二款天线结构与第一款稍有不同，能够覆盖 GNSS的B3波段和GNSS的B1频段，在1.270GHz，1.560GHz，1.580GHz三个频点上天线的右旋圆极化最高增益大于1.5dB。这两款天线在这两频段上天线具有很宽的3dB轴比带宽和-10dB带宽，天线的设计最终符合卫星天线的应用标准。

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第1章 绪论

1.1研究背景与意义

1.2卫星通信的特点

1.3卫星天线的研究现状

1.4论文主要内容及工作安排

第2章微带天线的相关理论

2.1微带天线的基本理论

2.2微带天线的馈电方式

2.3微带天线的分析方法

2.4微带天线的关键技术

2.5本章小结

第3章应用于导航系统双频圆极化天线的设计

引言

3.1天线设计步骤

3.2GNSS系统层叠双频小型圆极化天线设计

3.3本章小结

第4章卫星导航系统双频圆极化微带天线设计

引言

4.1天线结构设计与原理

4.2天线结构对天线的影响

4.3天线的设计与优化

4.4本章小结

总结

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢