【航天导航天线设计的国内外研究现状文献综述3400字】

———航天导航天线设计的国内外研究现状文献综述1.1国外发展国外的航空航天工业发展较早，经过两次以及正在进行的第三次工业革命，发展十分迅速。因为一开始都是对自己的导航系统做配套，因此对单个系统的天线都很成熟，其中微带天线凭借其优良的特性，一直是研究的重心，研究都以能使其接收多个频段信号来展开。2011年巴塞罗那自治大学电信与系统工程学院的M.Ramirez、J.Parron、J.Gemo和加泰罗尼亚理工大学信号理论与通信组的J.M.Gonzalez-Arbesu联合研究出了一款天线[1]。这个天线在实现圆极化时，采用了改善耦合的四个孔馈电、宽带移相器和Wilkinson功率合成器的方案，能够覆盖伽利略（E5a、E5b、E1、E2、L1）、GPS（L1、L2、L5）和GLONASS（L1、L3）。2012年12月“北斗”发布了完整的B1I接口控制文件后，2013年来自意大利米兰的半导体公司的FabioPisoni和来自英国的布里斯托尔意法半导体研发公司的PhilipGMattos在钻研文件过后[1]，给GPS、Galileo和GLONASS设计出了一种基于STA8088“Teseo-Ⅱ”面向消费者的芯片。该研究的最终产物是一个紧凑型的面向消费者的北斗硬件接收器，应用于导航于定位，这对于GNSS半导体器件的制造商带来了绝佳的机会，它不仅提供了诸如RP路径、信号处理以及GEO速度计算和电离层模型的解决方案还得到了从屋顶天线收集的的真实数据的静态定位图。虽然过程遇到了生成B1I测距码的困难，但是最终通过重新使用片上Galileo可编程代码存储器后得到解决。新产品虽然还有一些缺点仍需进行一些方面的优化，但整体性能良好，当应用广泛后必将更迅速的发展起来。目前针对导航系统信号方面的研究不断增多，2014年来自日本情报通信研究机构电磁研究所的T.Hobiger和来自瑞典查尔姆斯理工大学地球和空间科学学院的R.Haas､J.S.Löfgren做了一项关于全球导航系统（GNSS）信号的研究[5]。曾经不被人注意的GNSS信号反射的信息也可以用于做数据源并用来开发仪器，科学家可以通过此信息推算出地球的物理特性并称此方法为GNSS反射计（GNSS-R）。如图1.1所示，直接信号与反射信号到达的时间可以直接在他们所开发的这款仪器进行比较，目前的GNSS-R系统处理的信息可以用来精确到厘米来测量海平面。但其主要依赖于全球定位服务（GPS）的信号，然而，俄罗斯GLONASS系统可以借助双基地雷达直接对直接信号与反射信号进行处理。鉴于此，瑞典的Onsala空间观测台分别做出基于GPS的GNSS-R系统与基于GLONASS的GNSS-R系统，并通过同位置潮汐测量的数据精度进行比较，验证了基于GLONASS的GNSS-R系统要比常规的基于GPS的GNSS-R系统好，而且基于GLONASS的GNSS-R系统还具有廉价、操作简单的特点。(a)(b)图1.1GNSS-R实物和GNSS-R所收集的信号影像为了解决多功能天线的接收信号单一､频带窄､应用范围小等问题，科学家们一直都在努力，2012年美国米特公司的RG.Elliot､E.N.Rosario､RJ.Davis开发了用于集成通信和导航能力的多功能天线系统[6]。该天线可以实现应用了最新的四线螺旋天线（QHA）的GPS/GNSS/Iridium与手持机上的UHF通信单极共同定位的新特性，最新的QHA与现有的QHA设计相比，频率覆盖率大大提高｡由于最新的QHA天线与UHF单极同心即同轴，因此大大提高了225~512MHz频段的超高频天线的增益｡同时共同定位QHA和单极的特性也实现了收发器所需面积的减少，该天线频段所覆盖有现代化GPS（LI，L2，L5），GLONASS，Galileo和北斗（Compass），频率从1164~1300MHz和1559~1611MHz，UHF和Iridium通信发射和接收频带（1611~1626MHz）也被覆盖在内。2015年德国慕尼黑联邦国防军大学高频技术与移动通信研究所的IuliiaGoncharova、Stefanlindenmeier提出了一种可互操作GNSS天线[7]。此天线在多用于与短杆天线进行组合然后应用于汽车导航服务中，由于天线在设计使用的时候要充分考虑安装时的位置以及容限参数，因此在所需仰角有高增益的前提下还要确保在L1频带中的GPS､北斗､伽利略和GLONASS信号的稳定接收，在与短杆天线的组合中，其实现的天顶増益在频率1.575GHz处为4.3dBic的值，在频率1.602GHz处为3.6dBic，除此之外，这种高性能的结构使用面板与普通塑料就可以实现因此此天线虽然造价低廉但是性能极佳。2016年英国肯特大学的B.Sanz-Izquierdo、B.Liang､E.A.Parker和J.C.Batcheloi研究了在可重构天线中的有源频率选择表面（FSS）[8]。如图1.2所示，双极化采用贴片的形式，在用作有源人工磁导体（AMC）时，是通过可调谐的FSS。入射EM波的两个极化的反射相位的独立调谐能力是通过有源AMC来提供的，同时圆极化（CP）的实现是通过将AMC与宽带共面波导馈电单极天线进行组合，在1.15~1.60GHz频带的任何频率内，都可以任意切换CP的状态，即左手CP与右手CP。因为只要改变变容二极管的两个正交偏振波的反射相位就可以改变极化方向。天线能够覆盖卫星导航系统的频带，包括GPS､GLONASS､北斗和伽利略，另外，重构圆极化（CP）天线可以通过使用有源人工地（AG）结构的极化｡图1.2天线结构1.2国内发展随着我国航空航天事业的不断发展，国内基于北斗导航系统的导航天线的研究也如火如荼的进行。西安电子科技大学的汪北辰通过改进四臂螺旋天线，研究出了一种宽带缝隙天线，如图1.3所示，可应用于北斗系统。其机构与四臂螺旋天线类似但是要比四臂螺旋天线小巧且加工简单，最重要的是性能更优。缝隙天线工作中心频率为1392MHz，工作带宽定义为回波损耗值小于-15dB的区间，此天线的工作带宽为530MHz，在此贷款内的轴向增益均大于0dB，而且此天线具有良好的圆极化特性，这是由于此天线采用四馈电的方案，而且具有良好的轴比表现特性，均小于1.8dB[2]。图1.3宽带缝隙天线立体模型北方工业大学电子信息工程学院的雷丁阳、韦益杰等人利用Sierpinski地毯分形理论提出了一种具有良好空间填充性和自相似特性的新型北斗导航天线。天线的工作频带覆盖了北斗的B2、B3以及GPS的L2、L5，因此具有较宽的工作频带，而且增益均能达到1.86dB[9]。此天线虽然吃笋小但是具有增益高、辐射性能好等优点。可应用于当前四大卫星导航系统。第二炮兵工程大学101的左东广、胡龙涛和李峰臣、中国人民解放军68304部队的罗洪涛为了让导航天线获得更好的右旋圆极化性能，在方形贴片上采用切角和对称开槽的方法实现了一种小型化北斗导航终端圆极化天线。如图1.4所示。天线S11<-10dB的频带范围为有效范围，此天线的有效范围为82MHz，3dB圆极化轴比带宽为12MHz，因此此天线可以完全胜任北斗导航系统的接收天线，并且此设计方案虽然采用了简单的方法，但是具有结构简单，造价廉价等优点，未来的前景很大[10]。图1.4微带贴片天线的基本模型北京航天长征飞行器研究所的张更、王威等人创新采用四馈点形式并采用叠层结构即上层是两个一分二的且相位相差π/2的馈电网络，下层是一个相位相差π的馈电网络设计出了一种小型化四馈点多模的导航天线。此天线为了达到降低天线剖面高度的目的采用底端加载馈电网络为带状线结构，以此实现了天线的多模工作[11]。此天线可以工作在北斗B1、GPSL1频段，辐射部分采用单层微带天线设计可用于多种环境。目前，我国已经建立了北斗三号系统，向全世界提供服务。北斗的发展目标是为了构筑世界级卫星导航系统，满足国家安全和经济、社会发展的需要，不断地为全球用户提供稳定可靠的服务，加深北斗产业的国际合作，为经济和社会的发展和人民的生活提供改善，共享卫星导航开发成果提高全球卫星导航系统的综合应用效益。因此国内对于卫星导航天线的研究也更加火热，高校的课题更加多样化与深入。国内对于天线的生产和研发有深圳市鑫创通科技有限公司、艾福电子通讯有限公司、嘉兴佳利电子、嘉康电子、台湾丽台等厂家从事北斗天线、北斗/GPS天线等的生产和研发，但是这些厂家都需要从国外采购天线的陶瓷部分，然后再生产天线与电路结合起来进行开发和研究，技术和工艺还有待提高和进一步的快速发展[1]。参考文献王维.多频卫星导航天线设计与研究[D].昆明理工大学,2017.汪北辰.北斗导航天线的设计[D].西安电子科技大学,2017.M.Ramirez,J.Parron,J.M.Gonzalez-ArbesuandJ.Gemio,Concentricannular-ringmicrostripantennawithcircularpolarization[J].IEEEAntennasandWirelessPropagationLetters,2011,10:517-519.F.PisoniandP.G.Mattos,ABeiDouhardwarereceiverbasedontheSTA8088chipset[J].2013InternationalConferenceonLocalizationandGNSS(ICL-GNSS),Turin,2013,1-6.T.Hobiger,R.HaasandJ.S.Löfgren,GLONASS-R:GNSSreflectometrywithafrequencydivisionmultipleaccess-basedsatellitenavigationsystem[J].RadioScience,2014,49:271-282.P.G.Elliot,E.N.RosarioandR.J.Davis,NovelquadrifilarhelixantennacombiningGNSS,iridium,andaUHFcommunicationsmonopole[J].IEEEMilitaryCommunicationsConference,2012,1-6.I.GoncharovaandS.Lindenmeieran,InteroperableantennaforGPSandGLONASSservicesonacar[J].IEEEIntenmtionalSymposiumonAntennasandPropagation&USNC/URSINationalRadioScienceMeeting,2015,15-16.B.Sanz-Izquierdo,B.Liang,E.A.ParkerandJ.C.Batchelor,Anapplicationofactivefrequencyselectivesurfacetoreconfigurableantennatechnology[J].ActiveandPassiveRFDevicesSeminar,London,2016,1-5.雷丁阳,韦益杰,张袁,王恩成.一种新型分形北斗导航天线的仿真设计[J].电子世界,2017(01):57-58.左东广,罗洪涛,胡龙涛,李峰臣.一种小型化北斗导航终端圆极化天线的设计[J].电子科技,2015,28(08):11-14.张更,王威,霍小宁,王煊,杨绰,金文,王晓飞.小型化四馈点多模导航天线设计[J].空间电子技术,2017,14(06):85-88.电磁场与微波技术[M].黄玉兰,编著.人民邮电出版社.2007HFSS天线设计[M].李明洋,刘敏,杨放编著.电子工业出版社,2011.8宋跃,刘岚,韩国栋.北斗多模卫星导航天线设计[J].电子科技,2013,26(04):137-139.黎亮.北斗/GPS双模差分定位系统及卫星导航天线研究[D].