北斗卫星导航系统车载天线研究

北斗卫星导航系统车载天线研究

内容简介：贴片天线通常具有体积小、制造简单的优点,其最大增益方向一般出现在贴片的垂直平面方向,如采用这种天线的海事卫星手机在使用时将手持机的最大增益方向对准卫星所在位置就可以实现收发信号。国内使用的第一代北斗导航卫星固定在地球赤道正上方的地球同步轨道,卫星位置并不是在天顶位置。对于国内用户尤其是纬度较高的用户而言,由于轨道位置较高,为了确保接收效果,必须将天线的最大增益方向对准卫星所在位置。
　　 北斗手持机使用的是贴片天线,使用时可以通过手持机位置的变化将天线的最大增益方向对准卫星。但对于天线固定安装的地面车辆来说,如果仍然使用普通贴片天线,由于不可能在车辆机动过程中还转动天线来对准卫星所在轨道,所以卫星信号接收效果不是很好。为确保接收效果,车载天线的最大增益最好出现在卫星所在的轨道位置,并且具有方位角上的全向性,同时考虑到车辆的机动性以及我国疆土幅员辽阔,天线必须具有较好的低仰角的特性,可以使装备该天线的车辆在任何地区都能接收到北斗卫星导航信号。传统的贴片天线显然已经不符合车载系统的要求。本文从实际使用角度出发,研制了两种具有高增益、低仰角特性的车载天线,并就增益、低仰角特性以及轴比等关键性能和贴片天线进行了对比。
　　 本文的研究内容主要分为四部分:1、研制了授时用的圆锥对数螺旋天线；2、对圆锥对数螺旋天线进行了小型化；3、研制了收发双用的双频四臂螺旋天线;4、采用新颖的曲折臂技术对四壁螺旋天线进行了小型化。
　　 本文首先在非频变理论和大量仿真计算的基础上,分析了圆锥对数螺旋天线的结构、设计公式以及性能指标等,然后设计、制作了一款适用于北斗频段的圆锥对数螺旋天线,天线不仅具有低仰角特性,而且通过具体参数的选择,其最大增益方向指向卫星所在轨道,提高了信号捕获的可靠性。天线实体在微波暗室进行了实验测试。之后又采用在辐射臂尾端增加匹配负载的方法,对圆锥螺旋天线进行了小型化,使得其高度下降50％。
　　 本文后半部分针对北斗一代卫星导航定位系统的特点,即如果要实现定位,必须采用收发双用的天线系统,设计和研制了一款层叠的圆柱四臂螺旋天线。这套系统可以实现L波段的左旋圆极化信号(LHCP)的发射和S波段右旋圆极化信号(RHCP)的接收,而且天线具有极好的低仰角性能和轴比性能,该天线具有很好的实际应用前景。本文在最后采用曲折臂技术对圆柱四臂螺旋天线进行了小型化,天线的高度降低达67％,而且天线的带宽明显增加,达到了小型化的目的。

作者：杨增辉,

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