中国指南针导航卫星系统,也称为中国北斗卫星导航系统(BeiDou Navigation Satellite System,BDS),是中国自主研发并投入使用的全球卫星导航系统。而本研究中的双频双极化螺旋天线,是专门针对中国北斗卫星导航系统设计的一种新型天线,具备同时在两个频段接收信号的能力,并且可以进行左、右旋圆极化信号的接收和发射,以满足导航和通信服务的需要。
在介绍双频双极化螺旋天线的研究之前,有必要了解北斗卫星导航系统的相关背景。北斗系统是一种全球卫星导航系统,它能够为用户提供高精度的时间和位置信息。中国北斗系统包括三个组成部分:空间段、地面段和用户段。空间段由若干颗导航卫星组成,地面段包括主控站、注入站和监测站,用户段则包括各类接收机和终端。北斗系统不仅能提供定位、导航和时间同步服务,而且还能进行短报文通信服务。
随着导航卫星系统的发展,中国加快了自身导航系统的发展步伐。北斗系统的应用领域正在迅速扩展,无论是在民用还是军事领域,都在快速发展,以实现快速、连续和精确的定位服务。为了实现通信功能,北斗系统采用双频终端天线,分别在L波段(1616±5MHz,左旋圆极化)发送信息和S波段(2492±5MHz,右旋圆极化)接收信息。因此,对于具备双频双极化特性和高性能的终端天线需求大幅度增加。
该研究论文提出的双频双极化平面螺旋槽天线,正是为了满足这一需求而设计。其主要工作频段为L波段和S波段,天线具备左旋圆极化和右旋圆极化的能力。文中给出了数值模拟和实验验证的结果。数值模拟结果显示,天线在L波段的阻抗带宽(S11<−10dB)、3dB轴比带宽和天线增益分别约为242MHz、79MHz和4.92dB。而在S波段上,这些参数则分别为180MHz、58MHz和5.25dB。实验结果基本与模拟结果一致,并满足了北斗导航终端天线的要求。
在技术上,微带贴片天线因其窄带宽特性而通常只有1-5%的带宽,这对于需要大带宽的应用而言是不够的。而螺旋天线具有宽带宽特性,并且能够支持双频双极化操作,这对于实现通信和导航功能是非常有利的。
从设计的角度来看,平面螺旋槽天线由于其结构简单、带宽宽、圆极化和轴比特性良好等优点,在北斗终端天线的设计中表现出强大的竞争力。同时,通过对天线的物理尺寸、形状以及螺旋槽的几何参数进行优化设计,可以进一步提高天线的性能,达到设计目标。
这项研究还强调了模拟和实际测量结果之间的一致性,说明了理论设计的可行性以及在实际应用中的潜力。此外,随着无线通信技术的发展和天线技术的进步,类似的双频双极化天线设计可能会在未来的卫星导航和通信系统中发挥更重要的作用。