基于谐振环结构的B3/L1小型化双频段卫星导航天线设计

摘要

导航天线是卫星导航系统中的关键组成部分之一，其性能的优劣会直接影响到整个系统的定位能力。目前，随着各国导航系统的飞速发展，对卫星导航天线的尺寸、工作频段等指标的要求越来越高，因此，实现小型化与多频段是当前卫星导航天线研究和发展的主要趋势之一。谐振环结构在微波天线领域中有着广泛应用，将该结构以不同的组织形式加载在微带天线上可以实现不同的功能，如:实现天线的小型化、多频段、高增益和超宽带等。在这样的背景下，本论文主要研究了基于谐振环结构的卫星导航天线的小型化和双频段设计。主要的研究内容如下: 1、根据谐振环的加载方式不同，以开口谐振环SRR(Split-ring resonator)和电抗性阻抗表面RIS(Reactive Impedance Surfaces)为对象，分别推导了其等效电路模型，为在初步分析所加载结构的谐振特性并估算其结构参数上提供了理论依据。 2、设计了一款工作于北斗B3频段(1.268GHz)的单频小型化卫星导航天线。该天线通过在工作于GPSL1频段(1.575GHz)的原始天线贴片上加载基于SRR谐振环结构的缝隙槽，并通过结构尺寸优化，在不增大天线尺寸的情况下，使原始天线工作频段由L1频段降低至B3频段，实现了天线的小型化。 3、在单频小型化天线设计的基础上，通过进一步改进SRR谐振环缝隙槽的结构，设计了一款加载嵌套式SRR谐振环缝隙槽的小型化双频段的卫星导航天线。该天线可以在实现小型化的基础上，进一步实现B3/L1双频段工作的特性， 井通过不断地参数优化，得到了较好的仿真结果，最后通过实物加工与实测分析，验证了设计的有效性。 4、设计了基于谐振环单元的RIS阵列结构，并将其加载到一款工作于L1频段和B3频段的小型化双频卫星导航天线的贴片和地板之间，进而通过优化RIS的结构参数，同时改善了L1频段和B3频段的带宽、前后比及增益。

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