一种小型化北斗四频组合导航天线

一、引言

在卫星导航定位系统中，天线是非常重要的一部分；其方向图增益，隔离度等性能直接影响着导航接收机的载噪比和灵敏度。微带天线具有一维小型化的特点，易于实现圆极化[1]。通过微带贴片的多层重叠组合成多频段天线的技术成熟，易于调整。但是它并不是各个单频段微带天线的简单叠加，各层微带贴片之间会产生相互的电磁干扰，从而使多频天线的谐振频率改变，轴比变化也较大。本文通过HFSS仿真分析，实物调试，设计出指标良好的组合导航天线。

二、HFSS仿真设计

设计微带天线的第一步就是要选定介质基板并确定其厚度h。这是因为基板材料的εr和tanδ值及其厚度h直接影响着天线的一系列性能指标[2]。整机的尺寸限定了天线的最大直径为84mm，最大的高度为14mm。考虑到S的频率高，相对带宽大，第一层S天线采用εr =6，h =2 mm定制的泰州旺灵TP-2高频板，考虑到高频板厚度规格的因素， L和 B1采用εr =6.15，h =3.175 mm的Taconic RF-60（tm）基板；B3采用εr =10.0，h =3.175 mm的Taconic CER-10 （tm）基板。

单馈点微带天线重点在于选择合适大小的简并模分离单元，恰当的馈点位置，激励出两个极化正交，幅度相等相位相差90°模式，从而实现圆极化[2]。天线仿真模型如图1所示，S贴片边长为22mm，馈电点位置为5.5mm； L贴片边长为38.4mm，馈电点位置为11.7mm；B1贴片边长为50.3mm，馈电点位置为17.5mm；B3贴片边长为58.0mm，馈电点位置为26.0mm。另外，为了提高各层天线的隔离度，减少耦合，每个天线中间都开了一个金属化大通孔，馈针是穿过通孔，再给上一层贴片馈电。

三、天线装配、调试与测试

天线装配时，先把各自的馈针焊好；利用每板对角上的定位孔，把第一二层贴片中心对称地叠在一起，从第二层背面的通孔边沿，把第一层焊死。同样步骤，四层天线都能紧紧焊在一起，这样的装配方式能使天线顺利通过严格的冲击和振动实验，具有极高的可靠性。

最后在天线板下面共轴安装带状线馈电转接板，采用两块εr =2.55、h =0.762mm的Arlon AD255介质板叠在一起，形成带状线结构。一方面能在此调整带状线的宽度去保持天线阻抗匹配，并且能把天线的输出端口调整到规定的位置。

调试天线时：常见现象是谐振频率会有所偏移，圆极化轴比略差。这就需要通过适当微调来克服。如果天线谐振频率向低频偏离，即可通过切割贴片边沿的调试枝节。相反，频率向高偏离，则在枝节边沿切缝，以延长电流路径。而圆极化轴比则通过调整天线切角大小来使SMITH圆图出现合适的尖点。调试天线的宗旨是使天线恰好谐振于指定频率，且具有较小的驻波比和轴比[4]。

作者简介及联系方式：

魏景辉，硕士研究生，主要研究领域为卫星导航天线、抗干扰天线阵等。

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魏景辉

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参 考 文 献

[1] 鲍尔IJ，布哈蒂亚P.微带天线[M].梁联卓，寇廷耀，译.北京：电子工业出版社，1984

[2] 钟顺时.微带天线理论与应用.西安：西安电子科技大学出版社，1998：21-25

[3] 陈顺生.单点馈电椭圆形微带贴片圆极化天线的分析与设计.东南大学学报，1987： 81-88

[4] 宋旭亮，朱义胜.微带天线的设计和阻抗匹配.《现 代 电 子 技 术 》，2008年 第1期 总 第 264 期：73-75