基于卫星导航系统应用的高稳定相位中心天线设计

摘要

随着科技的进步和信息技术的发展，卫星导航技术被越来越多地应用于人们的日常生活中，人们对卫星导航系统定位精度的要求也越来越高。在卫星导航系统中，观测值是以接收机天线的相位中心为基准的，因此接收机天线的相位中心稳定性直接影响到系统的定位精度。
　　基于这一应用背景，本文对卫星导航系统中常用的微带天线和介质谐振器天线进行了研究。文中采用CST仿真软件分析讨论了天线的相位中心稳定性随其结构参数的变化关系，旨在为接下来设计具有高稳定相位中心的接收机天线提供指导。论文的工作主要包括：
　　天线的结构对称性对其相位中心稳定性有很大影响。由于传统的单点馈电和正交馈电结构都会不同程度地影响天线的轴向对称性，本文在设计天线时采用了四点轴向均匀馈电结构，通过提高天线的结构对称性，改善了天线的相位中心稳定性。文中采用ADS仿真软件设计了一个一分四的功分移相器为天线提供激励，并制作了天线实物，测量结果显示其四个传输系数的幅值基本相等，相位依次相差约90°，从而保证了天线可以实现良好的圆极化特性。
　　为了满足卫星导航系统的高精度要求，在分析了微带天线相位中心稳定性的基础上，设计了一个厚基板、低介电常数的四馈点圆极化微带天线，仿真与测试其在工作频率1.575 GHz处的相位中心稳定度分别为0.36 mm和1 mm。为了进一步改善微带天线的相位中心稳定性，在平面微带天线的基础上，又设计了一个结构更加对称的球状共形圆极化微带天线，仿真得到其相位中心稳定度为0.20 mm，相对于平面微带天线减小了44.4％。为了满足GPS的双频工作需求，在单频微带天线的基础上，利用叠层结构设计了一个双频圆极化微带天线，仿真得到其在GPS L1（1.575 GHz）和L2（1.575 GHz）频率的相位中心稳定度分别为0.64 mm和0.97 mm，天线在两个工作频率处都能满足高精度的要求。
　　在对介质谐振器天线的研究基础上，同样采用四点馈电结构分别设计了一个圆柱形介质谐振器天线和一个半球形介质谐振器天线，仿真得到其相位中心稳定度分别为0.23 mm和0.12 mm。比较球状共形微带天线和半球形介质谐振器天线，可以得出后者具有更好的相位中心稳定性。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

第一章 绪论

1.1 选题背景及研究意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本文的主要内容和工作安排

第二章 相关理论与研究方法

2.1 天线相位中心的相关概念

2.2 天线相位中心的标定方法

2.3 相位中心稳定度的标定方法

2.4 天线相位中心的微波暗室测量

第三章 圆极化微带天线的相位中心稳定性研究

3.1 微带天线的基本原理

3.2 馈电网络的设计

3.3 圆极化微带天线的相位中心稳定性分析

3.4 圆极化平面微带天线的设计

3.5 球状共形圆极化微带天线的设计

3.6 双频圆极化微带天线的设计

3.7 本章小结

第四章 介质谐振器天线的相位中心稳定性研究

4.1 介质谐振器的基本理论

4.2 圆柱形介质谐振器天线

4.3 半球形介质谐振器天线

4.4 本章小结

第五章 结论与展望

5.1总结

5.2展望

致谢

参考文献

附录攻读硕士期间公开发表的论文