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应用于卫星导航定位系统的微带阵列天线设计

作 者: 江瑛
导 师: 杨宏春
学 校: 电子科技大学
专 业: 无线电物理
关键词: 卫星导航定位天线 微带阵列天线 圆极化 功率分配器
分类号: TN822
类 型: 硕士论文
年 份: 2010年
下 载: 187次
引 用: 1次
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内容摘要


卫星导航定位系统的发展最早起源于美国,目前该系统已广泛应用于军事和民事领域。天线作为卫星导航定位系统信号发射和接收的重要组成部分,近年来由于需求的不断变化也面临着诸多挑战。全文以实际工程项目为背景,从理论推导和软件仿真着手,重点研究了我国卫星定位导航系统中接收天线的实现方法。主要工作包括以下三个方面:第一部分:单元天线的设计。从圆极化微带天线设计理论着手,分别设计了两种结构简单、增益较高的卫星定位导航单元天线:A类单点馈电天线和B类单点馈电天线。通过仿真软件CST对两种单元天线的各项频域特性进行了比较,选出性能更优越的B类单元天线作为项目阵列的基本单元。在中心频率2.49175GHz,尺寸为37.6×36.09mm2的B类单元天线在最大方向的增益为7.8dB,右旋圆极化增益比左旋增益大14dB,6dB极化轴比宽度为170°。第二部分:阵列天线的设计。研究了阵列天线的组阵形式和馈电方法,利用已有单元天线进行两种阵列形式的组阵:1×8线阵和2×4面阵。通过仿真软件CST对两种阵列在结构尺寸、阵列增益、极化轴比等方面进行对比,选出具有结构紧凑、增益较高的2×4面阵进行加工,在微波暗室中使用矢量网络分析仪E8363B进行测量,在2.47~2.52GHz的频段内驻波比低于1.5:1,E面方向图最大增益为15.8dB,3dB波束宽度为18°,H面方向图最大增益为15.6dB,3dB波束宽度为42°,测试结果完全满足工程指标要求,证实了设计方法的正确性。第三部分:馈电网路的设计。研究了微带功分器的设计原理及方法,通过ADS和CST仿真软件,设计了一个与阵列主体相分离的三级二等分微带功率分配器,实现了一分八的功率分配功能。使用矢量网络分析仪E8363B对加工实物进行测试,在2.44GHz~2.54GHz频段驻波比低于1.1:1,插入损耗S21低于9.3dB、隔离度S23介于-22~ -26dB之间,测试结果表明,该功率分配器具有反射少、插损小、隔离度高等性能,完全符合设计要求。

全文目录


摘要  4-5
ABSTRACT  5-9
第一章 引言  9-16
  1.1 卫星导航定位系统发展概述  9-11
  1.2 卫星定位导航天线的主要特点  11
  1.3 微带天线最新发展及趋势  11-15
  1.4 论文研究内容及主要工作  15-16
第二章 卫星定位导航天线设计中的圆极化技术  16-26
  2.1 概述  16
  2.2 极化的基本原理和主要参数  16-17
  2.3 圆极化波的主要特性  17-18
  2.4 圆极化天线的分类  18-19
  2.5 圆极化天线设计理论  19-25
    2.5.1 单点馈电矩形圆极化天线实现原理  19-25
    2.5.2 单点馈电矩形圆极化天线实现步骤  25
  2.6 本章小结  25-26
第三章 卫星定位导航天线单元设计  26-41
  3.1 概述  26
  3.2 A 类馈电单元天线的设计与仿真  26-33
    3.2.1 单元天线结构尺寸的理论计算  27-28
    3.2.2 单元天线结构尺寸的仿真优化  28-33
  3.3 B 类馈电单元天线的设计与仿真  33-38
    3.3.1 介电常数仿真优化  34-35
    3.3.2 贴片尺寸及馈电位置仿真优化  35-38
  3.4 A 类与B 类馈电单元天线仿真结果对比分析  38-40
  3.5 本章小结  40-41
第四章 卫星定位导航天线阵列的设计  41-74
  4.1 概述  41
  4.2 微带阵列的基本辐射理论  41-45
    4.2.1 线阵的基本辐射原理  41-44
    4.2.2 平面阵的基本辐射原理  44-45
  4.3 微带阵列天线的馈电方法  45-47
    4.3.1 并联馈电网络  45-46
    4.3.2 串联馈电网络  46-47
  4.4 馈电网络的设计  47-58
    4.4.1 微带功分器的设计方法  47-49
    4.4.2 微带功分器的仿真优化  49-55
    4.4.3 微带功分器的实物加工与测试  55-58
  4.5 卫星定位导航天线的设计与仿真  58-73
    4.5.1 1×8 线阵结构设计与仿真  58-62
    4.5.2 2×4 面阵结构设计与仿真  62-67
    4.5.3 八单元线阵与面阵结构性能对比分析  67-69
    4.5.4 卫星定位导航阵列天线加工及测试  69-73
  4.6 本章小结  73-74
第五章 结论与展望  74-76
  5.1 本文工作总结  74-75
  5.2 未来工作展望  75-76
致谢  76-77
参考文献  77-81
攻硕期间取得的研究成果  81-82

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 无线电设备、电信设备 > 天线 > 天线:按波段和波的传播方式分
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