微带天线双频技术以及阵列互耦抑制方法研究

摘要

近年来，随着多模卫星组合导航技术的发展，可同时接收多个频段信号的卫星接收天线的设计得到了越来越多的关注。当今主要的导航系统有：美国的GPS，俄罗斯的GLONASS，欧洲的Galileo系统，欧盟主导的GNSS(Global Navigation SatelliteSystem)，以及中国的Compass(试运行阶段)。上世纪50年代发展起来的微带天线，由于具有体积小、重量轻、剖面低、易与飞行物共形，易于实现圆极化和双频、多频工作等的优点，得到了天线设计师们的青睐。在此类应用中，要求微带天线多频或宽频带、圆极化、低剖面、易于共形安装等。文中介绍了实现微带天线双频工作的多种方式方法，从贴片复杂度讲有单贴片、多贴片实现，馈电方式上讲有同轴探针、微带馈电、孔径耦合馈电、CPW以及差分馈电等，以及各种加载技术，缝隙、开槽、层叠结构和FSS(频率选择表面)等。天线的圆极化实现有单馈、双馈以及多馈等多种形式。结合微带天线双频技术和导航天线对圆极化的要求，设计了一个小型单馈双频圆极化微带天线。天线工作于Compass B3(1268.52±10MHz)和GPS L1频段(1575.42±1.023MHz)加GLONASS(1574-1610MHz)频段，采用基于有限元法的软件对天线进行了建模、仿真和分析、优化，获得天线的阻抗带宽、右旋圆极化轴比、增益、方向图以及两频段之间的隔离等参数，满足工程应用指标要求。设计方法原理简单、易于推广到其他频段设计。
　　在微带天线的工程应用中，单个天线有时已不能满足某些应用要求，需由微带阵列天线实现。微带天线阵和其他天线组成的阵列一样，可用天线阵理论进行分析。在微带天线阵中，单元之间多少存在一定的互相耦合。互耦也成为衡量阵列天线的一个重要指标。减小单元之间互耦的方法有多种，近年来研究得比较多的有，如EBG(电子带隙结构)，DGS(缺地陷结构)，以及引入耦合单元，或是其他的改变电磁波耦合方向的方法等，都能在一定程度上改进微带天线阵列中单元之间的互耦。文中通过对所设计的紧凑五-五单元微带天线进行了仿真分析设计，获得了天线驻波、方向图、轴比、增益和隔离度等参数，并在此基础上采取多种互耦减小方法进行仿真分析，获得了天线单元间隔离度至少3dB的改善，具有工程应用意义。