双极化高增益八木天线及北斗/GPS导航天线研究

摘要

本文结合科研项目进行选题研究，研究工作主要分为三个部分：第一部分为皮卫星地面站接收系统的双极化高增益八木天线以及圆极化馈电网络研制；第二部分为北斗/GPS导航宽波束圆极化天线研制和设计；第三部分为北斗导航双频叠层圆极化天线研制与设计。
　　本研究分为三个部分：第一部分为皮卫星地面站接收系统的双极化高增益八木天线以及圆极化馈电网络研制，首先，讨论项目需求的应用背景与常规八木天线的设计理论；其次，根据科研项目的工程技术指标，分析了技术难点，最后确定八木天线作为皮卫星地面站接收系统的双极化高增益天线设计方案。为了实现天线的双极化特性，将两组八木天线正交组合在安装平台上。采用仿真软件ANSYS HFSS对该八木天线进行了优化仿真设计，设计结果表明，文中确定的天线形式完全满足项目的技术指标要求；在仿真设计结果的基础上加工了天线样机。测试结果表明：工作频段中心频率处的天线增益为14.5dB，电压驻波系数≤2，且具有双极化特性。为了实现天线的高增益圆极化辐射特性，本文设计了一种小型圆极化馈电网络，仿真和测试结果表明：在工作频带内该馈电网络的电压驻波系数≤1.5，并且在工程误差允许的范围内，该馈电网络满足天线辐射圆极化波的幅度和相位条件。该天线已在皮卫星接收系统中得到了应用，且应用效果良好。第二部分为北斗/GPS导航宽波束圆极化天线研制和设计，为了满足卫星信号接收天线宽波束的要求，本文分别设计了基于阶梯宽度辐射臂的 GPS自相移四臂螺旋天线和北斗宽波束低剖面圆极化天线。设计性能表明：两种天线在工作频带内的电压驻波系数≤2，其3dB轴比波束宽度达到了180°，能够覆盖上半空间，并且在低仰角处具有较高的圆极化增益。根据仿真结果，加工和测试了北斗宽波束低剖面圆极化天线的样机。测试结果与仿真结果基本符合，证明了天线设计方案的有效性。第三部分为北斗导航双频叠层圆极化天线研制与设计，以北斗卫星导航定位系统双工通信的工程要求为研究背景，结合微带天线和四臂螺旋天线的圆极化相关理论，分别仿真设计了北斗叠层微带圆极化天线以及北斗叠层四臂螺旋天线。仿真结果表明天线的阻抗特性和圆极化辐射特性基本满足北斗卫星导航定位系统双工通信的要求。并且加工，调试以及测试了北斗叠层微带圆极化天线，测试结果表明：在接收和发射频段内的电压驻波系数≤2，其中心频点处的圆极化轴比分别为2dB和0.8dB，圆极化增益分别为6.8dBic和7dBic。测试结果基本满足性能指标要求。

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缩略语对照表

第一章绪论

1.1皮卫星接收天线含义

1.2北斗/GPS终端天线含义

1.3研究现状

1.4选题背景和意义

1.5主要研究工作和内容安排

第二章相关理论基础

2.1引言

2.2八木天线相关理论

2.3 微带天线相关理论

2.4四臂螺旋天线相关理论

第三章双极化高增益八木天线以及圆极化馈电网络设计

3.1引言

3.2天线技术指标

3.3天线实现方案

3.4双极化高增益八木天线仿真设计

3.5小型化移相馈电网络设计

第四章北斗/GPS导航宽波束圆极化天线设计

4.1引言

4.2天线技术指标

4.3天线实现方案

4.4 GPS自相移圆极化天线设计

4.5北斗宽波束低剖面圆极化天线设计

第五章北斗双频叠层圆极化天线设计

5.1引言

5.2天线技术指标

5.3天线实现方案

5.4北斗收发叠层微带圆极化天线设计

5.5北斗收发叠层四臂螺旋天线设计

第六章结束语

6.1论文主要研究成果

6.2需要进一步研究的问题

参考文献

致谢

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