一种用于卫星定位系统的

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1、一种用于卫星定位系统的宽波束圆极化天线张继龙钱祖平卢春兰袁峰（解放军理工大学通信工程学院,江苏南京,210007）摘要：在卫星通信、定位设备中，为了迅速完成定位和通信功能，一般要求天线具有较大的波瓣宽度和较好的低仰角增益。本文研究设计了一种具有良好低仰角增益的宽波束圆极化四臂螺旋天线，该天线在上半空间的增益分布十分均匀，10度仰角的增益相对峰值增益下降不超过3dB。为了改善天线的轴比性能，文章提出了一种4臂等幅馈电、相位依次相差90度的天线方案，仿真结果表明，这种天线的增益特性和轴比特性都得到了较大的改善。关键词：四臂螺旋天线；圆极化；轴比中图分类号：TN011.4StudyoftheC

2、ircularPolarizationWide-beamAntennaforSatellitePositionSystemZHANGJi-longQIANZu-PingLUChun-lanYUANFeng(CommunicationEngineeringInstituteofScienceTechnologyUniversityPLA,jiangsunanjing,21007)Abstract:Theantennausedforsatellitepositionandcommunicationsystemusuallyhasawidebeamandagoodgainperformance

3、atlowelevation.Thepaperstudiesaquadrifilarhelixantenna.Theradiationpropertyoftheantennaisverygood.Anewquadrifilarhelixantennaisgiven.Theantennahasfourfeedportsandthephasedifferencebetweentwoborderuponportsis90degree.Thesimulationresultsindicatethatthisantennahasagoodperformanceofaxialratioandgain

4、pattern.Keyword:quadrifilarhelixantenna;circular-polarization;axialratio1引言近年来，在军事和民用领域，卫星导航、定位以及通信得到了广泛应用并起到了越来越重要的作用。为了快速捕捉到微弱的卫星信号，一般要求天线具有很宽的波瓣宽度并能保持一定的低仰角增益，特别是我国的北斗导航系统中，由于卫星较少，这个特性就显得尤为重要。C．C．Kilgus在1968年提出的谐振式四臂螺旋天线[1]具有一些引人注目的特点，该天线通过选择适当的物理尺寸以及馈电方式可以形成不同的辐射方向图；此外它还具有重量轻、尺寸小、不需要参考地的优点。由于

5、四臂螺旋天线[1,2,3,4,5]具有一些优越的性能，在卫星通信的终端设备中得到了广泛应用。收稿日期：2007-3-19联系人：张继龙Email:jilongzhang@263.net2四臂螺旋天线图1四臂螺旋天线示意图四臂螺旋天线结构如图1所示。它有4根旋臂和顶部的两根直臂，每根旋臂的旋转角度一般为。当采用底部馈电时，一般对其中相邻两个臂等幅馈电，相位相差。根据不同的圆极化特性要求，改变旋臂的旋向便可以得到左旋圆极化或右旋圆极化。一般而言，顶部的两根直臂对天线轴线+z方向的增益影响较大，4根旋臂则主要影响水平方向的增益。根据卫星通信的特点，要求天线的3dB波瓣宽度为，圆极化轴比在3dB

6、波瓣宽度内不大于5dB，工作带宽10MHz，驻波比小于1.5。经过分析计算，我们选择螺旋半径mm，天线高度mm。此时10度仰角的增益相对峰值增益下降不超过3dB，计算结果如下图。图2天线驻波比随频的率变化图3天线的方向图图4天线的轴比由上面计算结果可以看出天线的3dB波瓣宽度约为，3dB轴比宽度为，其中轴比性能有待提高。根据上面的分析，我们制作了天线实物，如图5。实测驻波比小于1.5，满足指标要求。实测方向图见图6。图5四臂螺旋天线实物图6实测天线E面方向图该天线的增益特性能够满足性能指标，但是天线的轴比性能较差，实测的3dB轴比仰角范围为。分析原因，应该是天线4个臂上的电流幅度分布不对

7、称的因素影响较大。底部馈电时，由于只对4个旋臂中的两个进行馈电，能量一边沿旋臂传播，一边向空间辐射，能量的减弱必然导致4个臂上的电流幅度分布不对称。为此，我们提出在底部对4个旋臂都进行馈电，即相位依次相差的等幅底馈方案。3四臂馈电方案在底部对四个旋臂都进行等幅馈电，相位依次相差，则每个旋臂上的电流幅度分布应当是均匀的，并且四个旋臂上的电流也依次相差相位。我们分析了螺旋半径mm，高度mm的四臂馈电螺旋天线，结果如下：图7四臂馈电螺旋天