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北斗卫星导航系统(中文音译名称BeiDou),作为中国独立发展、自主运行的全球卫星导航系统,是国家正在建设的重要空间信息基础设施,可广泛用于经济社会的各个领域。天线是卫星导航系统至关重要的部分,因此卫星终端天线的设计对卫星导航事业的发展具有极为重要的意义。
基于福建省重大科技专项子项目"BD2-RDSS小型化天线"以及微带天线的加载耦合理论基础,本论文根据北斗终端天线的要求,综合使用新颖的分形结构、分布加载、耦合腔调控、缝隙曲流等技术设计了三个系列多款小型化北斗天线,利用有限元法仿真分析,使用雕刻机制作样品,分析比较仿真与实测结果,尝试多种方法改善天线性能。论文工作围绕小型化的主题从理论和结构两个方面展开,对三个系列的小型化天线进行分析讨论:
1、9*9系列康托尔分形改进微带天线的研究。本系列天线在一阶康托尔结构的基础上,首先使用多圆弧对其外边缘进行改进,综合使用分布加载,耦合腔调控,提高介电常数等方法实现目前北斗终端天线的最小尺寸9mm*9mm。仿真分析各参数的变化对天线性能的影响,研究讨论阵列孔洞的影响机理,最后尝试使用不同的圆弧结构进行对比分析。
2、带有递归耦合腔的多频圆形北斗贴片天线的研究。该系列天线结合了耦合腔频点调控原理以及分形结构的多频特性,能够很好的满足北斗终端天线收发频段的要求。通过调节圆弧、耦合腔体的大小和位置灵活控制频比,重点研究了腔体对天线性能的影响,同时对天线的结构进行了演变,对新结构进行了分析。
3、椭圆交叉嵌套多环递归微带天线的研究。该系列天线结合了分形环天线的优点以及圆弧结构良好的辐射特性,具有很好的增益和方向性。针对不同弧度圆弧对天线性能的影响,调节椭圆的轴比主半径仿真分析,重点研究了圆弧的影响机理,同时对环缝隙进行了一定的研究。