一种宽频带高稳定相位中心导航天线的设计

设计了一款基于阿基米德螺旋天线的宽频带高稳定相位中心导航天线.采用阿基米德螺旋天线结构实现了宽带驻波带宽和轴比带宽,结合三维扼流环结构改善了天线相位稳定度和多径抑制能力.通过有限元电磁仿真软件建立了仿真模型和完成了参数优化设计,所设计的宽带高稳定相位中心导航天线的指标达到:在GPS、北斗、GLONASS和Galileo卫星导航系统的所有工作频点上,输入端口驻波比均小于1.45;在俯仰角-60°~60°主波束范围内轴比小于3 dB,相位稳定度在-2.5°~2.5°,方向图增益均在5 dB以上.相比于未加载扼流环,所设计天线的增益前后比改善2~6 dB（仰角60°和仰角120°对应增益差值）.该研究表明,结合了三维扼流环结构的阿基米德螺旋天线综合性能优异,适于设计宽频带高稳定相位中心天线.     

一种具有宽角稳定相位中心的双频段圆极化GNSS天线设计

本文介绍了一种在宽波束范围内具有稳定相位中心的双频段圆极化 GNSS(全球卫星导航系统)天线。天线设计为层叠空气腔式天线结构,采用幅度相等,相位相差 90°的四端口馈电方式,空气腔式天线在宽角范围内获得了较好的圆极化辐射特性。对称结构以及等幅等相差馈电的天线设计,可在宽角范围内获得较高的相位中心稳定度。测试结果表明:在四个导航频段内, 天线波束宽度大于±36°,±46°角域范围内的轴比小于 3dB,±70°角域范围内的相位中心稳定度小于 1.61mm,具备很强的工程应用价值。     

一种相位中心稳定的层叠双频导航天线设计

导航系统中,天线相位中心稳定性是高精确度导航定位的关键,为了达到这一技术要求,介绍了一种相位中心稳定度较高的层叠双频段圆极化导航天线。天线采用双层空气腔耦合天线结构,两馈电点馈电,可获得较宽的频带宽度和较高的相位中心稳定度。仿真和测量结果表明天线的相位中心稳定度小于1.72 mm,设计实用、可行。     

宽频带卫星导航平面螺旋天线设计

提出了一种覆盖GPS、格洛纳斯和北斗3种全球卫星导航系统频点的一种天线,利用阿基米德平面螺旋天线的宽带特性实现了1.2².6GHz的频带全覆盖。天线通过改进巴伦降低了剖面,使用金属背腔获得了定向辐射,并在背腔上开槽优化了驻波和轴比。按照设计尺寸对天线进行加工,测试结果表明天线性能较好,在全频段内增益大于3dBi,驻波小于1.8,轴比小于4dB。     

一种新型双频共形共孔径机载导航天线设计

本文阐述了共形天线的基本设计方法及其优点，设计研制了一种新型双频共形共孔径导航天线。该天线有两个射频输出端口，分别工作在 L 波段和 C 波段。通过分析对比不同形式的天线集成手段，最终提出一种性能优良的天线孔径综合实现方式并研制实物验证。仿真数据与实测结果基本吻合，在有效的工作频带和俯仰角为 60°~95°、方位角为-45°~45°的角域范围内， L 波段天线增益≥-1dB，C 波段天线增益≥-2dB。     

基于高精度定位天线相位中心偏差的分析

在卫星导航定位测量中,天线相位中心的偏差对相对定位结果的影响,根据天线性能的好坏可达数十毫米,对于准确度要求非常高的测量来说,这种影响是不能忽视的。通过天线相位的测量,找出使用频点相位中心的物理位置,从而提高测量准确度,是卫星导航定位测量中迫切需要解决的问题。从影响GPS高精度定位误差源的分析出发,在对GPS接收天线相位中心误差分析的基础上,提出了一种基于类似整周模糊度搜索策略和测量值平差的思想来消除高精度定位天线相位中心偏差,从而得到接收机天线真实位置,并通过实测数据和仿真说明了这种效果。     

具有紧凑馈电网络的宽带四臂螺旋天线

传统的自相移馈电四臂螺旋天线(QHA)由于最小回波损耗频点和最小轴比频点不在一个频率上,因此,难以在较宽的频带内同时满足良好的阻抗匹配和圆极化特性.虽然采用功分相移网络馈电可以解决上述问题,但是馈电网络尺寸普遍较大,难以应用于手持机上.本文提出了一种底部带有紧凑的功分相移馈电网络的四臂螺旋天线,可以在宽频带内实现四个输出端功率平衡输出,相位两两相差90度.所提出的馈电网络使得四臂螺旋天线既可以实现宽带圆极化辐射,又具有小尺寸,非常适合GPS、北斗移动手持设备的应用需求.     

一种相位中心稳定的星载GNSS掩星阵列天线设计

介绍了一种适用于星载(GNSS)掩星探测的新型阵列天线,可覆盖GPS L1/L2和BD2 B1/B2频段。该天线采用双层空气腔式圆极化单元,整体为变形工字型阵列形式。通过计算机仿真,并采用差分进化算法对天线单元的幅度、相位进行优化设计,展宽了阵列天线方位面波束宽度。在保证天线电性能的同时,减少了阵元数量,降低了网络设计的复杂度并减轻了天线重量。实测结果在工作频段内10 dBic方位面波束宽度≥±42.2°,俯仰面波束宽度≥±6.4°,相位中心稳定度在方位±40°内最大为±1.67 mm。表明该设计在工程应用中是可行的。     

一种宽带高低仰角增益的卫星导航终端天线

研究了一种宽频带高低仰角增益的卫星导航终端天线。天线由两对交叉偶极子天线臂、馈电网络和栅栏状反射腔组成;两对交叉偶极子臂分别位于水平面上和垂直面上,形成对上半空间各仰角方向上增益的有效贡献;馈电网络实现交叉偶极子馈电相位相差90°,满足天线的圆极化辐射;栅栏状反射腔实现天线的定向辐射和辅助调整天线的带宽和低仰角增益。分析了典型参数变化对天线性能的影响,测试结果表明,天线|S11 |≤-10 dB 的阻抗带宽1.330~1.810 GHz、轴比小于3 dB 带宽为1.54~1.66 GHz 和在1.561 GHz、1.575 GHz、1.602 GHz 频点10°低仰角最大增益分别为0.35 dBi、0.21 dBi、0.1 dBi。该天线具有高低仰角增益,尺寸小,频带宽的特点。     

卫星导航天线相位中心测量方法

相位中心是卫星导航天线最重要的性能指标之一,相位中心测量精度直接影响全球卫星导航系统的定位精度。简述了天线相位中心的基本概念,系统总结了卫星导航天线相位中心的传统测量方法,即微波暗室远场检测法和基线测量法,简述了测量方法和程序,重点阐述了在微波暗室内由实测远场相位方向图确定天线相位中心的方法。对导航天线相位中心测量方法进行了比较和分析,指出了各自的优缺点和应用场合。为卫星导航天线相位中心测量提供了参考。     

Low Profile GALILEO Antenna Using EBG Technology

A dedicated low profile antenna for geodesic applications is presented. This type of antenna requires mitigation of multipath signals to achieve sub-centimeter level of precision. Typically, bulky and heavy choke ring structures have been used to reduce the effects of multipath interference. The antenna presented here consists of a low temperature co-fired ceramic (LTCC) patch antenna immersed in an electromagnetic bandgap (EBG) substrate. The EBG substrate reduces the effects of multipath by blocking the propagation of surface waves. The result is an antenna showing good multipath rejection and a stable phase center. The advantage of printed EBG substrates is that they can be realized in a low-weight, low-price, and low-profile fashion. First prototypes have been manufactured and tested, and its performance has been compared to that of a more classical choke ring antenna.     

一种监测站多径检测和校正的新技术研究

监测站是卫星导航系统的核心部分,提供给主控站的原始测量数据精度决定着整个导航系统的定轨与时间同步精度,影响着系统的服务性能。多径和天线相位中心的变化是监测站高精度测距不可忽略的影响因素。采用一套基于高增益、抗多径面天线的多径检测和校正系统,定量地评估监测站的多径环境,并对接收机天线的相位中心和多径进行校正。通过多径检测与校正原型设施,开展阵列天线相心标校、多径检测与标校等试验,为监测站的天线相心与多径环境检测、抑制和校正提供一个完整的解决方案。     

加载介质透镜的超宽带平面螺旋天线设计

针对乳腺癌检测、成像等医疗领域对天线高增益及宽频带的需求,研究设计了一款加载介质透镜的超宽带平面螺旋天线。该天线采用双臂平面阿基米德螺旋天线作为辐射单元,在辐射臂外围间隔一定距离处加载金属圆环以改善驻波性能,并由指数渐变式微带巴伦作为馈电结构。天线顶部加载介质透镜,底部设置金属圆台形反射背板,实现了调整波束形状和提高天线增益的目的。加装圆柱形天线罩后天线高度约为87.53 mm,直径约为46.50 mm。仿真结果显示,天线在3－12 GHz 工作频带内回波损耗小于-10 dB,辐射方向图呈现良好的定向辐射特性,实测结果与仿真结果基本一致。     

毫米波车地通信的小型化波导螺旋阵列天线设计

高速磁浮列车毫米波车地通信系统要求其车载天线具有小型化、宽频带、圆极化和辐射扇形波束等特点。为更好地满足这些要求,设计一种中心馈电的小型化波导螺旋阵列天线。该天线馈电系统采用同轴波导中心馈电、4路矩形波导并馈的形式,通过改变馈电波导尺寸、耦合探针长度以及末端采用波导同轴转换器等形式,实现了所有单元的等幅馈电;天线单元由低剖面螺旋天线构成,采用顺序旋转技术改善天线的圆极化性能。利用全波电磁仿真软件设计了一款中心频率为38 GHz的28单元波导螺旋阵列天线,并进行了实验测试。测试结果表明：在37~39 GHz频带范围内,天线驻波比小于1.41,增益大于21.7 dB,轴比小于3.6 dB,俯仰面波瓣宽度为4.5°~4.7°,方位面波瓣宽度为29°~29.7°,满足毫米波车地通信系统车载天线的设计需求。     

Mitigation of Multipath Effects Based on a Robust Fractional Order Bidirectional Least Mean Square (FOBLMS) Beamforming Algorithm for GPS Receivers

Consideration on positioning and location services among the public has been increasing in the recent years with their applications in most of the anticipating milieus such as automobile navigation system etc. This insists for a development of high recitation global navigation satellite system such as global positioning system (GPS). Multipath effects, interference, signal jamming etc. are the major sources of error influencing the performance of the GPS receiver. Literature presents many of the multipath mitigation techniques. Among them, adaptive processing technology based beamforming algorithms appears a viable solution for multipath mitigation. The least mean square (LMS) beamforming algorithms were sensitive to dynamic environments thus affecting the accuracy of GPS. In this paper, an adaptive beamforming algorithm called fractional order bidirectional least mean square (FOBLMS) algorithm is proposed to mitigate the multipath effects and to conceal the jammer signal in a GPS receiver. The FOBLMS is an integration of the fractional calculus and bidirectional least mean square algorithm. The effectiveness of the proposed algorithm is validated using the bit error rate and experimentation gain results over the existing beamforming algorithms. Experimental results demonstrated that the performance of the proposed beamforming algorithm is better than LMS algorithm with maximal relative antenna gain of 28.92 dB, 32.84 dB for two and four element antenna arrays at ??60° and 10°, direction of arrivals respectively. The outcome of this work would be useful for developing a robust technique for multipath mitigation in GPS receivers.

     

宽带高增益圆极化天线

设计了一种宽带高增益圆极化天线。天线采用双同轴线激励以及威尔金森功分器和90°相位比较器的馈电网络形式实现了天线的宽带圆极化特性。该馈电网络形式能在较宽的频带范围内保持稳定的幅度和相位。通过在蝶形天线外围引入方形环,增加了天线的有效辐射面积,从而显著提高了天线的增益。测试结果显示,该圆极化天线VSWR<1.5的阻抗带宽达到63.6%,3 dB轴比带宽达到66.7%,且在1.1~1.6 GHz频段范围内,右旋圆极化增益＞9.4 dB。     

一种单层双频宽带GNSS测量型天线设计

基于单介质层结构,设计了一款双频宽带全球卫星导航系统(GNSS)测量型天线,天线采用单层高性能轻质复合材料作为双频微带天线共用的辐射介质基板。双频辐射贴片单元采用共面齿轮结构设计,并在天线单元外围设置一系列短路销钉来有效改善天线轴比带宽、低仰角辐射增益等参数,四馈点馈电技术和宽带耦合相移馈电网络的应用保证了天线相位中心稳定度更加可靠。设计结果表明,该双频天线单元大于等于5 d Bi的辐射增益带宽均大于245 MHz,高低频3 d B轴比带宽分别为-76°~76°和-116°~116°,低仰角90°增益滑落均小于11.5 d B,经实物样机对比测试分析,实测结果与仿真结果基本吻合。实测频谱显示,该天线工作频段覆盖目前在运行的四大导航系统全部工作频点,较好满足GNSS精确测量与定位系统终端设备应用需求。     

K波段宽带螺旋天线设计

从理论上分析了螺旋天线的设计原理,利用阿基米德螺旋天线实现了一款K波段的高频宽带螺旋天线,使高频天线拥有更轻的质量,更低的剖面及更好的圆极化性。最后通过仿真软件CST设计了一款带宽覆盖18.0~26.5GHz的阿基米德螺旋天线,涵盖了整个K波段。结果表明,该天线在整个频段电压驻波比<2,能很好的满足天线收发要求。