ПРОЕКТИРОВАНИЕ МНОГОСЛОЙНОЙ ПЕЧАТНОЙ АНТЕННЫ ДЛЯ GPS/ГЛОНАСС ПРИЕМНИКА

July 1, 2012 by admin Комментировать »

Болихов О. П., ГоловковА. А., Калиникос Д. А., Пивоваров И. Ю., Сугак М. И. Электротехнический университет (ЛЭТИ), Санкт-Петербург 197376, Россия Тел.: (812) 3464516; e-mail: Iab16@vilan.spb.ru


Аннотация Приведены результаты исследования характеристик печатного трехслойного излучателя, предназначенного для использования в составе совмещенного радиоприемного устройства систем ГЛОНАСС и GPS.

I.  Введение

Спутниковые навигационные системы (СНС) ГЛОНАСС (Глобальная Навигационная Спутниковая Система) и GPS (Global Positioning System Глобальная Система Позиционирования) со своими наземными и космическими дополнениями все активнее вторгаются в различные сферы человеческой деятельности. В последнее время рассматривается возможность совместной работы систем ГЛОНАСС и GPS, что позволяет повысить их точность и надежность. Существует ряд предпосылок, облегчающих совместное использование и интегрирование этих систем, к ним следует отнести: общность принципов их баллистического построения, общность используемого частотного диапазона, близость используемых систем координат и др.

Приемная антенна GPS/ГЛОНАСС должна удовлетворять требованиям малой неравномерности диаграммы направленности (ДН) практически во всей верхней полусфере, обладать хорошими поляризационными характеристиками, высокой технологичностью, обеспечивающей работу антенны во всей требуемой полосе частот без подстройки при некотором разбросе электрических свойств используемого материала.

II.  Основная часть

Fig. 3. Frequency dependence of reflection coefficient module Sn

Исследуемая микрополосковая антенна представляет собой трехслойную структуру, состоящую

Рис. 1 Фотография исследуемой трехслойной МПА

Fig. 1. Photograph of three-layered microstrip antenna

f, ГГц

Рис. 3. Частотная зависимость модуля коэффициента отражения Sn

из круглых печатных излучателей, расположенных в слоях с разной диэлектрической проницаемостью и толщиной (рис.1). Электрические параметры и топология излучателя оптимизировались таким образом, чтобы получить_максимальную рабочую полосу частот при ограничении на общую толщину слоев [1, 2]. В результате излучающий раскрыв антенны представлен тремя слоями нижним с диэлектрической проницаемостью 10 отн. единиц (ФЛАН) и толщиной

4   мм, средним с диэлектрической проницаемостью

1.       14 отн. единиц (пенополиэтилен) и толщиной 10 мм и верхним слоем с проницаемостью 10 (ФЛАН) и толщиной 8 мм (рис.2). Диаметр излучателя в нижнем слое составляет 34 мм, а в верхнем 44 мм. Это позволило получить расчетную относительную полосу рабочих частот около 15 процентов по уровню КСВ лучше 2.0 (рис.З). Данный результат был подтвержден экспериментально.

Рис. 2. Топология и характеристики слоев трехслойной МПА

Fig. 2. Topology and characteristics of three-layered microstrip antenna

Для создания правой круговой поляризации элемент нижнего слоя антенны возбуждается в двух точках в квадратуре. Для реализации удовлетворительных полевых характеристик (требования к ДН по правой круговой поляризации в области углов низких к горизонту) вся конструкция МПА была поднята на проводящий пьедестал высотой 25 мм. На рис. 4 приведена расчетная ДН по правой (рабочей) круговой поляризации.

Необходимость относительно сложной конструкции антенны объясняется требованиям к форме ДН в верхней полуплоскости, что приводит к применению материала подложки с высокой диэлектрической проницаемостью, и одновременной реализации высококачественных поляризационных характеристик в широкой полосе частот.

Puc. 4. ДН по правой круговой поляризации Fig. 4. Circular far field pattern for right-hand polarization

Предполагается применение данной антенны в составе многофункционального совмещенного GPS/ ГЛОНАСС/1_огап-приемника.

III.  Заключение

Авторы выражают признательность сотрудникам Российского института радионавигации и времени (РИРВ), в частности Ф. И. Нагаеву, И. К. Конаржевскому за поддержку данной работы.

IV. Список литературы

[1 ] О. П. Болихов, М. И.Сугак. Оптимизация характеристик микрополосквой антенны круговой поляризации L-диапазона. 58-я научно-техническая конференция, посвященная Дню радио и 300-летию СанктПетербурга. Апрель 2003 г. Материалы конференции. Санкт-Петербург. Издательство СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2003 г.

[2]    Болихов О. П., Сугак М. И. Характеристики микрополосковой антенны, применяемой в составе спутниковых навигационных систем ГЛОНАСС и GPS. Известия ЭТУ «ЛЭТИ». Раздел «Радиоэлектроника и телекоммуникации», № 1, 2003 г.

DESIGN OF MULTI-LAYER PRINTED ANTENNA FOR GPS/GLONASS RECEIVER

Bolihov О. L., Golovkov A. A., Kalinikos D. A., Pivovarov I. Yu., Sugak М. I.

Electrotechnical University (LETI)

St Petersburg 197376, Russia Phone: (812) 3464516; e-mail: Iab16@vilan.spb.ru

Abstract The results of analysis the characteristics of three-layered printed radiator, intended for application as a part of combined radio receiver in GLONASS and GPS satellite navigation systems are presented.

I.  Introduction

Satellite navigation systems GPS and GLONASS find wide application in different spheres of human activity. Recently the possibility of combined operation of GPS and GLONASS systems is considered as a way to increase their accuracy and reliability. There are several prerequisites facilitating the joint application and integration of these systems, namely, common principles of ballistic construction, mutual frequency band used and closeness of co-ordinate systems utilised. The GPS/ GLONASS receive antenna should have small irregularity of far field pattern practically within the whole upper hemisphere, good polarization characteristics, high manufacturability providing antenna operation without tuning within a whole frequency band given in spite of some dispersion of electrical parameters in the material used.

II.  Main part

This microstrip antenna under investigation represents the three-layered structure, consisting of circular printed radiators, located in layers with different relative permittivity and thickness (Fig.1). The optimization of electric parameters and topology of radiator is made under the criterion of maximal bandwidth with the restriction of the total layer thickness [1, 2]. As a result, the radiating antenna aperture has three layers: the lower layer has relative permittivity 10 and 4 mm thickness, middle layer (polyethylene foam) has relative permittivity 1.14 and 10 mm thickness and upper layer has relative permittivity 10 and thickness 8 mm (Fig.2). This construction provides calculated relative frequency band about 15% with VSWR better than 2.0 (Fig.3). This result is verified experimentally.

To obtain right-hand circular polarization the radiating element in lower layer is excited at two points with equal amplitude and quadrature phases. For realization of satisfactory field characteristics the total construction of microstrip antenna was lifted up on metal conducting pedestal of height 25 mm. Fig.4 shows the circular far field pattern for right-hand (operational) polarization. The complexity of antenna construction is explained by the requirements to the shape of antenna far field pattern in upper hemisphere. The latter forces to use the substrate material with high dielectric permitivity and simultaneously results in high quality polarization characteristics within wide frequency band.

III.  Conclusion

Authors express their gratitude to F. I. Nagaev and I. K. Konargevsky, the employees of Russian Institute of Radio Navigation and Time.

Источник: Материалы Международной Крымской конференции «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии», 2003г.

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты