多模卫星导航系统天线研究

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1、学校代码10701学号1502120847分类号TN82密级公开西安电子科技大学硕士学位论文多模卫星导航系统天线研究作者姓名：张宇鑫一级学科：电子科学与技术二级学科：电磁场与微波技术学位类别：工学硕士指导教师姓名、职称：龚书喜教授学院：电子工程学院提交日期：2018年6月ResearchofAntennaforMulti-modeSatelliteNavigationSystemAthesissubmittedtoXIDIANUNIVERSITYinpartialfulfillmentoftherequireme

2、ntsforthedegreeofMasterinElectromagneticFieldandMicrowaveTechnologyByZhangYuxinSupervisor:GongShuxiTitle:ProfessorJune2018摘要摘要全球卫星导航系统利用卫星信号向用户提供高精度，高效、安全可靠的定位、导航和授时服务。全球已经有多个国家和地区拥有自主的卫星导航定位系统，对一个国家来说，拥有自主的卫星导航系统不仅能够增强国家的国防力量，更是一个国家经济发展的助推器，是一个国家综合国力的体现。几十年来

3、，随着空间技术、无线通讯技术以及大规模集成技术的快速发展，全球卫星导航系统的发展已经到达了一个新的高度。为了提高导航定位的精度和可靠性，卫星导航系统朝着多系统、多个模式兼容的方向不断发展，因此，研究能够工作在多个卫星导航系统频段的天线具有重大的应用价值和现实意义。微带天线体积小、质量轻，剖面高度低，便于和系统集成，它能够在特定方向上产生较宽的波束，这些独特的性质使得微带天线成为卫星导航系统天线的首选。多模卫星导航系统天线要求天线能够工作在多个导航系统的频段，频率范围为1164MHz-1300MHz和1559MHz

4、-1610MHz，要求天线能够在上半平面有较宽的波束，产生右旋圆极化辐射。本文首先介绍了微带天线的基本结构、辐射机理和分析方法，然后研究了微带天线的宽带化技术和圆极化的技术。在此基础上利用商业电磁仿真软件HFSS设计了三款适用于卫星导航系统终端的天线：1.采用双层层叠微带辐射贴片结构设计了一款同轴单馈的双频GPS终端天线，上下两层贴片在GPS的L1频段和L2频段产生双频辐射，对两层方形辐射贴片切角形成微绕分离元，以此实现圆极化辐射，天线采用大介电常数的低温共烧陶瓷（LTCC）作为介质基板，使得天线的尺寸极大程度地

5、缩减以满足终端设备对天线小型化的要求。仿真分析结果显示，天线在GPS的L1频段和L2频段分别有20MHz和18MHz的阻抗带宽，工作频段内轴比均小于4dB。2.采用双层圆形贴片的辐射结构设计了一款四根同轴探针多点馈电的宽带卫星导航系统天线，调节辐射贴片的参数使得两层贴片的谐振点相互靠近，以此来有效增大天线的频段宽度，在天线的内部，创新性地在同轴探针的顶部添加圆形耦合贴片，采用电磁耦合馈电的方式进一步提高天线的阻抗带宽。四根馈电探针信号幅度相等并且相位依次滞后o90。整个天线的对称结构极大地提高了圆极化纯度。仿真结

6、果表明，天线的-10dB阻抗带宽可达63.4%（1.12GHz-2.16GHz），并且在频段内轴比均小于2.6dB，圆极化性能较好，覆盖了世界上主要的几个全球卫星导航系统的频段。3.以基本PIFA（平面倒F天线）结构为基础设计了一款结构新颖的宽带圆极化印刷天线，在PIFA结构原有辐射枝节的上方添加了另一个枝节，调节枝节的结构参数使得两个枝节各自的谐振频率相互靠近，达到展宽带宽的目的；通过在三角形接地I西安电子科技大学硕士学位论文面的一角添加线形微绕结构来获得圆极化。天线的工作频段（1.10GHz-1.72GHz）

7、覆盖了几大卫星导航系统的工作频段，频段内圆极化性能良好，该天线结构简单，几何尺寸小于95mm，适用于多模卫星导航系统小型终端设备。关键词：全球卫星导航系统，微带天线，宽带圆极化，层叠天线，PIFA天线IIABSTRACTABSTRACTGlobalnavigationsatellitesystemsusesatellitesignalstoprovideuserswithhigh-precision,efficient,safeandreliablepositioning,navigationandtimings

8、ervices.Manycountriesandregionsintheworldhaveautonomoussatellitenavigationandpositioningsystems.Foracountry,havingitsownsatellitenavigationsystemnotonlyenhancesnationaldefensepower,itisal