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空间电子技术 2021年第4期18卷 63-67页

作者：王超艾永强张振杰郑伟杨文丽中国空间技术研究院西安分院西安710000

文章设计了一种电容耦合四点馈电的宽带双层微带天线,该天线可以工作在北斗、GPS、GALILEO和GLONASS四大导航卫星工作频段,可以用作导航系统地面终端天线。天线单元采用电容耦合四点馈电的双层空气微带圆极化天线形式,在双点谐振特性的... 详细信息

文章设计了一种电容耦合四点馈电的宽带双层微带天线,该天线可以工作在北斗、GPS、GALILEO和GLONASS四大导航卫星工作频段,可以用作导航系统地面终端天线。天线单元采用电容耦合四点馈电的双层空气微带圆极化天线形式,在双点谐振特性的双层空气微带天线基础上,结合电容耦合馈电技术构成三点谐振特性,进一步展宽天线带宽。为了实现低剖面、小型化、微带形式的宽带馈电网络采用双层结构集成设计,由Wilkinson功分器和宽带Schiffman移相器实现相应的幅相配置。对提出的天线进行了仿真设计和优化,仿真设计结果表明,在四大卫星导航卫星系统1.1 GHz~1.6 GHz工作频段内,天线电压驻波比小于1.4,增益方向图和圆极化轴比特性都满足设计要求,该天线可以很好地应用于地面多模用户终端。

关键词：电容耦合馈电宽带双层微带地面终端天线

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用于双频精确导航的新型贴片天线研究

用于双频精确导航的新型贴片天线研究

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作者：刘明建广东工业大学

学位级别：硕士

随着各代无线通信技术的深度变革与演化,加之第五代移动通信技术（5G）迅猛发展,通信信息时代将迈向一个新的高度,同时也要迎接更多的挑战。而卫星导航技术作为通信领域的重要分支,其应用也开始从早期的军事应用逐步普及发展到人们日常... 详细信息

随着各代无线通信技术的深度变革与演化,加之第五代移动通信技术（5G）迅猛发展,通信信息时代将迈向一个新的高度,同时也要迎接更多的挑战。而卫星导航技术作为通信领域的重要分支,其应用也开始从早期的军事应用逐步普及发展到人们日常生活的方方面面,比如近几年导航地图、送餐外卖、路段预警等服务,蓄势而起的“导航技术”已俨然成为居家出门必备的技能之一。高精度测量型导航天线作为高精度卫星导航接收机系统的关键着眼点,其性能的优劣直接影响到整个导航系统的定位和授时精度,因此如何设计一款精良、精巧、精确的导航天线一直是业界共同关注的话题。目前世界上比较成熟的导航系统有GPS、GLONASS、GALILEO、北斗等四大系统,而每一个导航系统都分别有L1和L2两个工作频段,但频率有所不同,因此要设计一款覆盖四大导航终端的高精度天线就必须要求有足够宽的辐射带宽和较高的增益,这也是业界广泛关注并亟待解决的问题。贴片天线由于其体积小、易共形、剖面低和多径效应等优点,被广泛应用于如GPS、北斗等导航终端。本文设计了两款双宽频圆极化贴片天线,其中一款是由单层辐射贴片组成的双宽频圆极化天线,能够广泛应用于精确导航天线。该双频辐射设计是有内层十字形贴片和外层环形贴片共同组成,这两个微带贴片都各自作为单频段圆极化辐射器工作,四个金属柱垂直设置在十字形贴片的边缘正下方位置,底部与地相连,与该贴片形成电容耦合以降低谐振频率,满足精确卫星导航的需求。馈电结构方面,采用一种新型的电容耦合馈电方式来实现阻抗匹配,两个辐射单元由位于贴片下方的四个金属盘同时激发并通过微带线与四点正交混合网络相连。仿真和实验结果表明,所提出的天线可以产生双宽带圆极化辐射,并且还可以观察到较低的后向辐射水平。两个频段的性能指标为L1:1.145-1.299GHz,带宽155 MHz,增益4.0 dB,L2:1.557-1.654 GHz,带宽97 MHz,增益3.98dB。两频段的最大增益稍低,但双频低噪声放大器的较高增益可以补偿无源天线的较低增益,使有源天线的总增益满足精确导航终端的需求。因此,所提出的单层贴片天线具有良好的应用前景,尽管其在双频带中的增益略低。由于增益等因素的限制,不能满足覆盖四大导航系统的终端需求,固设计了另外一款基于新馈电结构的双层贴片组成的双频宽带圆极化天线。该双层贴片天线采用了一种四分八馈电线路,将八个同轴馈电探针两两相连的方式,将两路天线馈电信号合为一路,有效简化了馈电网络的复杂性,同时保证了天线辐射的增益,带宽和轴比性能。该双频辐射贴片单元采用正八边形层叠式结构设计,并在每个天线单元边缘对称添加两组矩形调谐单元,有效增加了天线辐射的波束带宽。设计结果表明,该双频天线单元在高频1.482 GHz-1.617 GHz（波束带宽155 MHz）和低频1.191GHz-1.252 GHz（波束带宽61 MHz）频段范围内,都能保证良好的辐射增益。高低频的3 dB轴比带宽为-130°-130°,具备良好的圆极化性能。经实物样机对比测试分析,实测结果与仿真结果基本吻合。本文设计的两款天线,一款在小型化应用上实现了突破,只用单层基板就实现了双频圆极化辐射,结构上使用内嵌技术和利用终端短路的同轴腔原理增加耦合电容实现降频技术,并提出了一种新型电容馈电的形式实现双频段阻抗匹配。另一款采用层叠式贴片结构,并设计了四点耦合式新型馈电网络,满足覆盖四大导航系统小型化双频有源天线的要求,为后续研究提供了先验基础,并能广泛应用于导航系统。

关键词：精确卫星导航系统双宽频圆极化电容耦合馈电四分八馈电线路

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端接复阻抗耦合器及其在RFID读写器微带天线的应用

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作者：王峥曦大连海事大学

学位级别：硕士

分支线定向耦合器既具有功率分配又具有90°移相功能,被广泛应用于宽带圆极化天线和波束可切换天线阵的馈电网络中,是通信系统中一种重要的微波器件。通常分支线定向耦合器的研究方向主要为宽频耦合器、多频耦合器与小型化耦合器。在国... 详细信息

分支线定向耦合器既具有功率分配又具有90°移相功能,被广泛应用于宽带圆极化天线和波束可切换天线阵的馈电网络中,是通信系统中一种重要的微波器件。通常分支线定向耦合器的研究方向主要为宽频耦合器、多频耦合器与小型化耦合器。在国家自然科学基金（基金号:61401056）的资助下,论文对端接复阻抗分支线定向耦合器及其在RFID读写器微带天线中的应用进行了研究。完成的主要工作包括以下几个方面:（1）提出了一种端接复阻抗分支线定向耦合器,并进行了实际设计验证。论文利用奇偶模分析法对端接复阻抗分支线定向耦合器的设计公式进行了推导,并且给出了最终的设计公式。该耦合器可以实现复数的端口阻抗,同时耦合器的直通端与耦合端可以实现不同的功率输出。（2）基于端接复阻抗分支线定向耦合器设计了一款单层电容耦合馈电宽带圆极化微带天线。该天线利用电容耦合馈电方式可以等效为一谐振电路的优点,通过选择复数的输入阻抗实现了对天线阻抗带宽的展宽。为了消除天线馈电点与3dB耦合器之间的匹配电路,利用端接复阻抗分支线定向耦合器的设计公式,设计一款端口阻抗与天线复数输入阻抗互为共轭的分支线定向耦合器,并且通过级联实现共轭匹配。（3）为提高天线的增益平坦度,对单层电容耦合馈电宽带圆极化微带天线进行改进,设计一款双层电容耦合馈电的宽带圆极化微带天线。该天线同样利用电容耦合馈电实现复数的输入阻抗,然后利用共轭匹配的方法来级联端接复阻抗分支线定向耦合器,实现圆极化波的辐射,并且与单层电容耦合馈电宽带圆极化天线进行对比与分析。

关键词：复阻抗分支线定向耦合器电容耦合馈电圆极化微带天线

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一种BGAN系统微带天线的设计与制作

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作者：曹媛大连海事大学

学位级别：硕士

国际海事卫星是全球静止地球轨道移动卫星通信系统,它能为全球海上、陆地和空中用户提供语音及数据服务。目前,交通部中国交通通信中心开通了宽带全球区域网（Broadband Global Area Network）系统。它的接收和发送频率分别为1525～1559... 详细信息

国际海事卫星是全球静止地球轨道移动卫星通信系统,它能为全球海上、陆地和空中用户提供语音及数据服务。目前,交通部中国交通通信中心开通了宽带全球区域网（Broadband Global Area Network）系统。它的接收和发送频率分别为1525～1559 MHz和1626.5～1660.5 MHz。为了收发共用一个天线,候选天线的工作频带应为1525～1660.5 MHz,其相对带宽为8.5%. 微带天线因为具有重量轻、体积小、剖面低等优点,对BGAN系统来说,是一种合理的选择。但是单个微带贴片天线的频带通常只有0.7%～7%左右,显然不能满足BGAN系统的带宽要求。因此,本文的重点在于研究并掌握宽频带微带天线技术,并将其应用于BGAN系统终端天线的设计。近年来,已有很多研究人员致力于展宽微带天线带宽,并取得了很大进展。但是,有关文献表明,目前,宽频微带天线的设计方法还不是佷系统,微带天线频带的展宽工作主要是在实验中摸索。在研究总结了大量有关微带天线的文献后,本文提供了一个详细的BGAN系统终端阵列天线的设计。本设计中,阵元天线结构采用双馈点圆极化双层微带天线形式,使用低价格、低介电常数的泡沫作为介质材料,以降低成本和拓宽天线的阻抗带宽;在双层结构的基础上,结合电容耦合馈电技术,进一步扩展了微带天线的阻抗带宽;利用设计的阵元结构组成2×2微带阵列天线,合理设计馈电功分网络,从而提高了天线增益。文中,首先根据经典微传输线理论计算天线初始尺寸;然后利用在业内具有良好口碑的基于有限元法的电磁场仿真软件（Ansoft HFSS）对设计天线进行了仿真和优化,得出最佳设计参数;最后,借助矢量网络分析仪对设计的天线进行了实际的加工测试,给出了天线的主要参数,并与仿真结果进行比较分析。仿真和测试的结果表明,该天线具有良好的宽频带特性,天线在整个BGAN系统工作频带内,驻波比小于1.5,增益高于13dB,满足BGAN系统的要求。

关键词：宽带全球区域网圆极化双层微带天线电容耦合馈电阵列天线

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