HFSS高精度导航天线研究(2)

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3.3 圆极化的实现 1 2

4 设计与仿真 15

4 . 1 Ansoft HFSS 高频仿真软件的介绍 15

4.2 HFS S 设计流程 15

4.3 高精度四馈圆极化微带天线的设计 16

4.4 天线仿真和测量结果 2 3

结论 29

致谢 3 0

参考文献 3 1
1 1 1 1 引言（或绪论）引言（或绪论）引言（或绪论）引言（或绪论）
1 1 1 1 ．．．． 1 1 1 1 研究背景研究背景研究背景研究背景美国是世界上第一个实施全球定位系统 GPS 的国家，于 1973 年开始实施，在 199 4年正式建成使用。它的应用已经渗透到各个领域，不仅能为近地空间和地球表面的用户提供高精度的导航信息服务，还能为陆地车辆、海上舰船、航空航天飞行器提供导航服务。继美国之后，俄罗斯也耗资 30 个亿打造自己的全球卫星导航系统（ GLONASS ）。欧洲于 2002 年制定全球卫星导航系统（ Galileo ），并于 2008 年起使用。我国也高度重视卫星导航系统的建设，一直努力探索和发现拥有自主知识产权的北斗卫星导航系统。 2000 年，中国 “ 北斗 ” 导航系统建成运行，成为继美国、俄罗斯之后世界上第三个拥有自主卫星导航系统的国家。微带天线以其体积小、重量轻、地剖面、全向性、能与载体共性，易实现圆极化等优点，广泛应用于卫星导航系统中。GPS 的通讯设备对其天线的要求是能提供右手圆极化且其场型能均匀涵盖整个上半球形；圆极化操作设计是应用在卫星通讯传播上的传播方式，其对于电磁波在传送以及接收的方向上，也远比线极化传播较无限制，再加上电磁波在电离层会产生法拉第旋转效应，使得圆形极化在近年来卫星通讯中极具重要性。圆极化天线的实用意义主要体现在： 1. 圆极化天线可接收任意极化的来波，且其辐射波也可由任意极化天线收到。 2. 在通信、雷达的极化分集工作和电子对抗等应用中广泛利用圆极化天线的旋向正交性； 3. 圆极化波入射到对称目标（如平面、球面等）时旋向逆转，因此圆极化天线应用于移动通信、 GPS 等能抑制雨雾干扰和抗多径反射。微带天线理论和计算机辅助设计软件使得导航天线设计成为可能。微带天线的基本理论大致可分为三类：传输线理论、空腔理论和全波理论。计算机辅助设计在天线领域已经越来越重要，一大批天线设计软件使天线设计变得更加简单，例如 AnsoftHFSS ，本课题将使用该软件做天线的初步设计和仿真，从而得出所设计天线的各项参数。
1 1 1 1 ．．．． 2 2 2 2 国内外研究动态国内外研究动态国内外研究动态国内外研究动态早在 1953 年德尚教授就已经提出利用微带线的辐射来制成微带天线的概念。但是在随后的近 20 年里，对此只有一些零星的研究。这种情况延续到 1972 年，由于微波集成技术的发展和空间技术对低剖面天线的迫切需求，芒森和豪威尔等研究者制成本科毕业设计说明书（论文）了第一批实用微带天线。随后 1979 年在美国新墨西哥州大学举行了微带天线的的专题会议。关于微带天线各相关领域发表了大量的学术报告。微带天线由此开始快速的发展起来，尤其是 70 年代，微带天线取得突破性进展。在 80 年代，微带天线无论在理论与应用的深度上和广度上都获得了进一步的发展。微带天线最开始应用于导弹和火箭上，是作为共形全向天线使用的。现如今已经应用在更宽广的频域范围上的无线电设备中，频域范围大约为 100MHz ～ 100GHz 。随着科技和天线技术的发展，以及 GPS 系统在人类生活中的广泛使用，人们对天线的要求也越来越高，人们最初使用的是微带贴片天线，这个技术已基本成熟，通过设计各种形状的贴片来实现圆极化以满足 GPS 系统的需求。近年来，便携式接收机的应用，对 GPS 天线提出了特殊的要求，包括天线的小型化、降低天线成本、增强抗干扰能力和双频 / 多频段等。顺应近代电磁学的发展与无线应用的众多需求，天线技术历经百余年发展仍充满盎然生机。微带天线作为一维小型化天线，以其低轮廓、可共形、易集成等颇具特色的优点在近年来的天线开发实用中独占鳌头源]自{751·~论\文}网·www.751com.cn/ 。而高性能圆极化天线在当前的应用更加广泛。对于微带天线的圆极化技术，有三种主要的方法，分别是单馈法、多馈法以及多元法。实现方式多以切角、表面开槽或准方形、近圆形来实现。制作小型化微带天线的方法，最基本的可以利用较大的介电常数当基板。在许多移动终端的 GPS 天线中，多使用的是陶瓷介质的切角微带天线来实现其圆极化小型化的要求。但是相对成本很高，在国内不是很普及。微带天线的馈电网络、辐射单元的设计比较灵活，便于实现圆极化辐射，并且具有加工成本低，适合批量生产的等优点。然而，微带天线阻抗带宽和圆极化带宽不高，因此，为了展宽带宽，国内外天线工作者都致力于新型圆极化微带天线方面的研究。新型圆极化微带天线主要包括开槽极化微带天线、缝隙耦合圆极化微带天线、共面波导馈电的天线以及一些特殊结构的圆极化微带天线等等。