一种高精度GNSS测量型天线的研究

摘要

随着全球卫星导航系统的不断进步和广泛应用，对于全球卫星导航定位系统中测量型终端的研究是目前科研工作的热点，而高精度测量型天线又是测量系统的重要组成部分。本文以此为背景对高精度测量型天线的相关技术展开研究。在天线设计中考虑了相位中心稳定度、低仰角增益、多径效应的抑制等几项影响高精度测量型天线测距精度的重要指标，对能够有效抑制多径效应的扼流圈做了详细研究。由于设计的天线单元极化方式为线极化，需要通过移相网络对天线两个单元振子馈电以实现右旋圆极化。由于定向耦合器具有插损小、承受功率高、相位稳定度高、易于实现宽频带的优良特性，因此本设计中采用宽带3dB定向耦合器来对天线单元馈电。全文分为以下几部分：
　　第一部分介绍了全球卫星导航定位系统的应用，高精度测量型天线的发展历程和现状，重点介绍了相位中心和抑制多径两项影响测距精度的重要指标。
　　第二部分对本文所采纳的对称振子天线形式做了重要研究论述，包括对称振子天线的设计，性能参数；介绍了带状线相关内容，带状线的线宽及走线长度的计算方法，带状线耦合器的设计思路及方法。分别建立了相位中心和多径分析模型，得到了提高相位中心稳定度，抑制多径信号的传输是提高测量型天线测距精度的两个重要途径。
　　第三部分设计了宽带GNSS测量型天线的天线体，研究了天线尺寸变化对性能指标带来的影响，使天线在较宽频带内性能良好，轴比3dB以下的波束宽度达到了120?，并且具有较高的低仰角增益；设计了宽频带3dB定向耦合器，采用三节耦合线使耦合器可以工作在较宽的频带内，经过测试，耦合器耦合度为3dB，幅度平衡度为0.2dB；相位差为90?，误差小于2?；端口隔离较好，大于22dB，实现了等功率分配及90?的移相功能。
　　第四部讨论了扼流圈的分析模型，对扼流圈的几种分析模型做了详细介绍，得到了扼流圈的尺寸设计原则。创新性地提出了采用扼流槽宽度和槽深渐变的扼流圈模型来实现扼流圈在较宽频带内对多径效应的抑制。采用HFSS仿真软件对扼流圈中影响天线性能的尺寸参数进行了仿真优化，经过理论计算及仿真得出的规律设计了两款3D扼流圈，并且对扼流圈性能做了对比。仿真结果表明扼流槽由内向外逐级升高的V字形扼流圈的低仰角增益略优于扼流槽由内向外逐级降低的金字塔状扼流圈。制作了扼流圈实物，将天线安装在扼流圈上测试了驻波比、方向图、轴比、相位中心稳定度。得到结论为：（1）天线安装到扼流圈上在低仰角增益略微降低的情况下降低了天线的后向增益，说明扼流圈有效的抑制了多径效应；（2）天线安装在扼流圈上对天线整体的相位中心影响不大。
　　本文设计的天线满足GNSS卫星导航定位系统的B1、B2、B3、L1、L2、L3、G1七个频段，具有很好的工程应用价值，对于扼流圈技术的研究及实现较宽频带内的多径信号抑制提供了理论基础及设计思路。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

插图索引

表格索引

符号对照表

缩略语对照表

目录

第一章 绪论

1.1 研究背景

1.2 研究现状

1.3 本文的内容安排

第二章 相关理论及性能指标的分析

2.1 天线形式分析

2.2 带状线耦合器的理论分析

2.3 天线的性能指标分析

2.4 本章小结

第三章 天线体及定向耦合器的设计

3.1 引言

3.2 天线体的设计

3.3 带状线耦合器的设计

3.4 本章小结

第四章 扼流圈的研究与设计

4.1 引言

4.2 扼流圈模型分析

4.3 扼流圈结构设计

4.4 天线实测与分析

4.5 本章小结

第五章 总结与展望

参考文献

致谢

作者简介