本文關鍵詞：多頻段GPS有源微帶天線，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：隨著全球定位系統(GPS)在軍事和民用方面的發(fā)展,人們對高性能GPS天線的要求不斷增加。盡管許多通用的GPS天線能夠覆蓋單頻帶或者雙頻帶,但對于設計和制作高性能多頻帶GPS天線仍有很大的需求。與無源天線相比,有源天線可以顯著提高天線的增益、展寬天線頻帶并易于實現天線的小型化,因而受到了廣泛的歡迎。 本文設計了一款能用于GPS接收機的有源多頻帶GPS天線,它是由天線輻射單元和低噪聲放大器組成的。 因為微帶具有體積小,成本低,易加工等優(yōu)點,因此采用微帶貼片作為天線的輻射單元。然而,微帶天線帶寬較窄,難以實現寬頻帶工作。因此,為了實現多個頻率的GPS信號接收,采用三個不同尺寸的方形貼片的疊層構成了三頻微帶天線的結構,可以接收GPS的L1、L2、L5頻段的信號；GPS信號都是通過圓極化波發(fā)送的,因此對方形貼片進行切角,以實現右旋圓極化的輻射特性；饋電方式則是采用了同軸探針饋電。三頻微帶貼片天線的仿真是通過HFSS軟件完成的,在仿真結果達到設計要求的基礎上,進行了天線的制作與測量。測量結果表明,在L1、L2、L5頻段上,天線的10dB阻抗相對帶寬分別達到了2%、1.5%、2%；在L1頻段上天線的軸比小于0.42dB,在L2頻段上軸比小于4.94dB,而在L5頻段上軸比則小于2.59dB；天線右旋圓極化增益在L1、L2、L5頻段上,分別達到了0.7dBi、-2dBi和-1.9dBi。 在低噪聲放大器的設計中,選用了Avago公司的ATF-54143的晶體管。該晶體管在1.1GHz-1.62GHz范圍內的S參數變化不大,容易實現阻抗匹配。低噪聲放大器采用了兩級放大的設計方案,并應用射頻電路仿真軟件ADS進行了原理仿真和版圖仿真。在仿真和優(yōu)化的基礎上,進行了低噪聲放大器的制作和測量。實測表明,輸入端回波損耗在1-1.7GHz頻率范圍內大于11dB,而輸出端回波損耗在1.19-1.65GHz頻率范圍內大于15dB；增益在1-1.65GHz頻率范圍內大于28dB；噪聲系數在1.1-1.7GHz頻率范圍內小于0.85dB。 在低噪聲放大器和天線設計成功的基礎上,采用ADS軟件對無源天線和低噪聲放大器進行協同仿真,并將二者連接后進行測量。實測表明,有源天線的回波損耗10dB阻抗頻帶為1.1-1.62GHz,天線右旋圓極化增益在L1、L2、L5頻段上,分別達到了28.7dBi、26dBi和26.1dBi。 最后,對所研制的有源多頻GPS天線進行了導航定位應用實驗。實驗表明,采用本文研制的天線,GPS接收機跟蹤了七顆衛(wèi)星,能夠對L1和L2頻段信號進行解碼,定位誤差分別為2.12m和1.75m。
【關鍵詞】：有源多頻帶天線 GPS 微帶貼片天線 圓極化 低噪聲放大器
【學位授予單位】：大連海事大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：TN822;P228.4
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-9
• List of Abbreviations9-13
• Chapter 1 Introduction13-23
• 1.1 Active Antennas13
• 1.2 Previous Researches of Active Antennas and GPS Antennas13-18
• 1.2.1 Researches of Active Antennas14-16
• 1.2.2 Researches of GPS Antennas16-18
• 1.3 The Analytical Softwares18-21
• 1.3.1 High Frequency Structure Simulator (HFSS)18-20
• 1.3.2 Advanced Design System (ADS)20-21
• 1.4 Thesis Objectives21
• 1.5 Outline of thesis21-23
• Chapter 2 GPS System and Characteristics of GPS Patch Antenna23-31
• 2.1 GPS System23-24
• 2.2 GPS Signals24-26
• 2.3 Characteristics of GPS Patch Antenna26-31
• 2.3.1 Resonant Frequency26-27
• 2.3.2 Bandwidth (BW)27
• 2.3.3 Voltage Standing Wave Ratio (VSWR)27-28
• 2.3.4 Axial Ratio (AR)28
• 2.3.5 Polarization28
• 2.3.6 Gain28-31
• Chapter 3 Theory of Low Noise Amplifier and Microstrip Patch Antenna31-47
• 3.1 Low Noise Amplifier (LNA)31
• 3.2 Characteristics of LNA31-34
• 3.2.1 Gain31-32
• 3.2.2 Stability32
• 3.2.3 Noise Figure (NF)32-33
• 3.2.4 Linearity33-34
• 3.3 Microstrip Antenna34
• 3.4 Basic Structure of Microstrip Patch Antenna34-38
• 3.4.1 Patch35
• 3.4.2 Dielectric Substrate35-36
• 3.4.3 Ground36
• 3.4.4 Feeding Techniques36-38
• 3.4.4.1 Coaxial cable/probe feed36-37
• 3.4.4.2 Microstrip line feed37-38
• 3.4.4.3 Aperture-coupled feed38
• 3.5 Methods of Analysis38-39
• 3.5.1 Transmission Line Model39
• 3.5.2 Cavity Model39
• 3.6 Characteristics of Rectangular Microstrip Patch Antenna39-44
• 3.6.1 Dimension of the Patch40-41
• 3.6.2 Radiation Mechanism41-42
• 3.6.3 Circular Polarization42-44
• 3.6.3.1 Single Feed Circularly Polarized Microstrip Antenna42-43
• 3.6.3.2 Dual feed circularly polarized microstrip antenna43-44
• 3.7 Multi-Frequency Microstrip Patch Antenna44-47
• Chapter 4 Design and Simulation of Low Noise Amplifier and Microstrip PatchAntenna47-65
• 4.1 Wideband Low Noise Amplifier Design47-55
• 4.1.1 Selection of Active Device47-48
• 4.1.2 Transistor Biasing48-49
• 4.1.3 Low Noise Amplifier Stability Analysis49-52
• 4.1.4 Low Noise Amplifier Matching Circuit Design52-53
• 4.1.5 Simulation Results of LNA53-55
• 4.2 Multiband Microstrip Patch Antenna Design55-65
• 4.2.1 Design Procedure56-60
• 4.2.1.1 Approximation of Design Parameters56-58
• 4.2.1.2 Modeling and Simulation58-59
• 4.2.1.3 Design Tuning59-60
• 4.2.2 Simulated Results and Discussions60-65
• Chapter 5 Implementation and Measurement65-73
• 5.1 Introduction65
• 5.2 Fabrication of Low Noise Amplifier and Measured Results65-66
• 5.3 Fabrication of Microstrip Patch Antenna and Measured Results66-69
• 5.4 Simulated and Measured Results of Active Multiband Antenna69-73
• Chapter 6 Conclusions and Future Works73-75
• 6.1 Summaries and conclusions73-74
• 6.2 Future works74-75
• References75-79
• Acknowledgments79-80

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