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应用于卫星导航系统的多频圆极化天线
《信息技术与网络安全》2020年第6期
臧志斌1，傅 宁1，马 军1，夏传福1，吴小鸥1，陈伟强2
1.国网思极神往位置服务(北京)有限公司，北京102211； 2.福州大学 福建省数字电视工程研究中心，福建 福州350116
摘要： 设计了一款应用于卫星导航系统的多频圆极化天线。天线由微带单元与螺旋单元构成，微带单元采用叠层结构实现北斗一代收发L/S双频段覆盖；螺旋单元采用四臂螺旋结构及多点馈电技术实现北斗B1和GPS L1频段覆盖。仿真结果表明，该天线各端口S11值低于-10 dB的带宽为93 MHz(1 509～1 602 MHz)、12 MHz(1 610～1 622 MHz)和70 MHz(2 453～2 523 MHz)，天线在B1频段、GPS L1频段、北斗L频段及北斗S频段的增益分别为6.19 dB、6.13 dB、3.47 dB和5.64 dB。该天线具有方向图波束宽度宽、相位中心稳定、低仰角增益高等特点，天线各项指标均满足卫星导航系统对天线性能的要求。
中图分类号： TN82
文献标识码： A
DOI： 10.19358/j.issn.2096-5133.2020.06.012
引用格式： 臧志斌，傅宁，马军，等. 应用于卫星导航系统的多频圆极化天线[J].信息技术与网络安全，2020，39(6)：63-67.
Multi-band circularly polarized antenna for satellite navigation system
Zang Zhibin1，Fu 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，Fuzhou University，Fuzhou 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

北斗卫星导航系统由我国自主研发，与GPS、格洛纳斯和伽利略统称为全球四大卫星导航系统。在导航系统应用上，一般通过天线发射和接收电磁波信号来实现信息的传递。天线作为射频前端部件，性能优劣直接影响卫星导航终端性能指标[1-2]。对此，国内外专家学者提出将多个卫星导航系统融合在一起，通过多模多频信号联合解算，提高卫星导航终端定位精度和稳定性。

微带天线由于重量轻、剖面低、成本低等特点，在卫星导航天线中得到广泛应用[3]。大多数的导航天线采用叠层结构实现多频覆盖[4-6]，文献[4]采用双层堆叠微带天线结构覆盖GPS双频，天线采用单点耦合馈电激励起双频谐振，采用高介电常数板材减小天线尺寸，但天线带宽窄且高频增益比较低。文献[5]采用双层介质间添加空气层的结构，采用双点馈电方式，天线带宽略有增加，可以覆盖北斗B3、GPS L1及GLONASS L1三个频段，天线单元增益大但低仰角性能比较差。文献[6]同样采用双层堆叠结构，利用双点耦合馈电激励天线谐振，同时使用双馈，利用双馈电桥提高相位中心的稳定性，但天线并未覆盖北斗一代发射频段，应用性不高同时低仰角增益比较低。文献[7]设计了一款多点馈电四频组合的圆极化天线，覆盖北斗B3、GPS L1及北斗一代收发L/S频段。此类叠层微带天线虽然覆盖了导航天线的多个频段，但相位中心稳定性不够且低仰角增益比较低[8]，在某些特定需求中达不到指标要求。文献[9]、文献[10]通过在天线四周设置铜片或在底部加载圆台来提高低仰角增益，但同时增加了天线的复杂性并不易于批量加工实现。

 本文设计了一款多模多频卫星导航圆极化天线。天线覆盖卫星导航系统的BDS-1 L/S、BDS-2 B1和GPS L1多频段，适用于北斗一代卫星收发通信、北斗二代卫星定位等领域。天线结构采用微带与螺旋结合方式，展宽方向图波束宽度，保证低仰角卫星信号的接收效果，使天线具有更优秀的低仰角搜星能力。



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作者信息：

臧志斌1，傅  宁1，马  军1，夏传福1，吴小鸥1，陈伟强2

(1.国网思极神往位置服务(北京)有限公司，北京102211；

2.福州大学 福建省数字电视工程研究中心，福建 福州350116)


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