《電子技術(shù)應(yīng)用》
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應(yīng)用于衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的多頻圓極化天線
《信息技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)安全》2020年第6期
臧志斌1，傅 寧1，馬 軍1，夏傳福1，吳小鷗1，陳偉強(qiáng)2
1.國(guó)網(wǎng)思極神往位置服務(wù)(北京)有限公司，北京102211； 2.福州大學(xué) 福建省數(shù)字電視工程研究中心，福建 福州350116
摘要： 設(shè)計(jì)了一款應(yīng)用于衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的多頻圓極化天線。天線由微帶單元與螺旋單元構(gòu)成，微帶單元采用疊層結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)北斗一代收發(fā)L/S雙頻段覆蓋；螺旋單元采用四臂螺旋結(jié)構(gòu)及多點(diǎn)饋電技術(shù)實(shí)現(xiàn)北斗B1和GPS L1頻段覆蓋。仿真結(jié)果表明，該天線各端口S11值低于-10 dB的帶寬為93 MHz(1 509～1 602 MHz)、12 MHz(1 610～1 622 MHz)和70 MHz(2 453～2 523 MHz)，天線在B1頻段、GPS L1頻段、北斗L頻段及北斗S頻段的增益分別為6.19 dB、6.13 dB、3.47 dB和5.64 dB。該天線具有方向圖波束寬度寬、相位中心穩(wěn)定、低仰角增益高等特點(diǎn)，天線各項(xiàng)指標(biāo)均滿足衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)對(duì)天線性能的要求。
中圖分類號(hào)： TN82
文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A
DOI： 10.19358/j.issn.2096-5133.2020.06.012
引用格式： 臧志斌，傅寧，馬軍，等. 應(yīng)用于衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的多頻圓極化天線[J].信息技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)安全，2020，39(6)：63-67.
Multi-band circularly polarized antenna for satellite navigation system
Zang Zhibin1，F(xiàn)u Ning1，Ma Jun1，Xia Chuanfu1，Wu Xiaoou1，Chen Weiqiang2
1.State Grid ShenWang LBS(Beijing)Co.，Ltd.，Beijing 102211，China； 2.Digital TV Engineering Research Center of Fujian Province，F(xiàn)uzhou University，F(xiàn)uzhou 350116，China
Abstract： A multi-band circularly polarized antenna for the satellite navigation system is proposed in the paper. The antenna is combined by microstrip unit and helix unit. A stacked structure is utilized in the microstrip unit to achieve L/S dual frequency band for BDS-1. Helix structure and multi-fed technology are adopted to cover BDS-2 B1 and GPS L1 dual band. The simulation results show that the bandwidth of S11 which is less than -10 dB of the proposed antenna are 93 MHz(1 509～1 602 MHz)，12 MHz(1 610～1 622 MHz) and 70 MHz(2 453～2 523 MHz). And the gain of the antenna are 6.19 dB at 1 561 MHz，6.13 dB at 1 575 MHz，3.47 dB at 1 616 MHz and 5.64 dB at 2 492 MHz. The proposed antenna is suitable for the satellite navigation system application which has advantages of wide beam-width, stable phase center and excellent low-elevation performance.
Key words : satellite navigation system；multi-band；circularly polarized；wide beam-width；gain at low elevation；phase center

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)由我國(guó)自主研發(fā)，與GPS、格洛納斯和伽利略統(tǒng)稱為全球四大衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。在導(dǎo)航系統(tǒng)應(yīng)用上，一般通過天線發(fā)射和接收電磁波信號(hào)來實(shí)現(xiàn)信息的傳遞。天線作為射頻前端部件，性能優(yōu)劣直接影響衛(wèi)星導(dǎo)航終端性能指標(biāo)[1-2]。對(duì)此，國(guó)內(nèi)外專家學(xué)者提出將多個(gè)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)融合在一起，通過多模多頻信號(hào)聯(lián)合解算，提高衛(wèi)星導(dǎo)航終端定位精度和穩(wěn)定性。

微帶天線由于重量輕、剖面低、成本低等特點(diǎn)，在衛(wèi)星導(dǎo)航天線中得到廣泛應(yīng)用[3]。大多數(shù)的導(dǎo)航天線采用疊層結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)多頻覆蓋[4-6]，文獻(xiàn)[4]采用雙層堆疊微帶天線結(jié)構(gòu)覆蓋GPS雙頻，天線采用單點(diǎn)耦合饋電激勵(lì)起雙頻諧振，采用高介電常數(shù)板材減小天線尺寸，但天線帶寬窄且高頻增益比較低。文獻(xiàn)[5]采用雙層介質(zhì)間添加空氣層的結(jié)構(gòu)，采用雙點(diǎn)饋電方式，天線帶寬略有增加，可以覆蓋北斗B3、GPS L1及GLONASS L1三個(gè)頻段，天線單元增益大但低仰角性能比較差。文獻(xiàn)[6]同樣采用雙層堆疊結(jié)構(gòu)，利用雙點(diǎn)耦合饋電激勵(lì)天線諧振，同時(shí)使用雙饋，利用雙饋電橋提高相位中心的穩(wěn)定性，但天線并未覆蓋北斗一代發(fā)射頻段，應(yīng)用性不高同時(shí)低仰角增益比較低。文獻(xiàn)[7]設(shè)計(jì)了一款多點(diǎn)饋電四頻組合的圓極化天線，覆蓋北斗B3、GPS L1及北斗一代收發(fā)L/S頻段。此類疊層微帶天線雖然覆蓋了導(dǎo)航天線的多個(gè)頻段，但相位中心穩(wěn)定性不夠且低仰角增益比較低[8]，在某些特定需求中達(dá)不到指標(biāo)要求。文獻(xiàn)[9]、文獻(xiàn)[10]通過在天線四周設(shè)置銅片或在底部加載圓臺(tái)來提高低仰角增益，但同時(shí)增加了天線的復(fù)雜性并不易于批量加工實(shí)現(xiàn)。

 本文設(shè)計(jì)了一款多模多頻衛(wèi)星導(dǎo)航圓極化天線。天線覆蓋衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的BDS-1 L/S、BDS-2 B1和GPS L1多頻段，適用于北斗一代衛(wèi)星收發(fā)通信、北斗二代衛(wèi)星定位等領(lǐng)域。天線結(jié)構(gòu)采用微帶與螺旋結(jié)合方式，展寬方向圖波束寬度，保證低仰角衛(wèi)星信號(hào)的接收效果，使天線具有更優(yōu)秀的低仰角搜星能力。



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作者信息：

臧志斌1，傅  寧1，馬  軍1，夏傳福1，吳小鷗1，陳偉強(qiáng)2

(1.國(guó)網(wǎng)思極神往位置服務(wù)(北京)有限公司，北京102211；

2.福州大學(xué) 福建省數(shù)字電視工程研究中心，福建 福州350116)


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