Боліхов О. П., Головкова. А., Калінікос Д. А., Пивоваров І. Ю., Сугак М. І. Електротехнічний університет (ЛЕТІ), Санкт-Петербург 197376, Росія Тел.: (812) 3464516; e-mail: Iab16@vilan.spb. ru


Анотація Наведено результати дослідження характеристик друкованого тришарового випромінювача, призначеного для використання в складі суміщеного радіоприймального пристрої систем ГЛОНАСС і GPS.

I. Вступ

Супутникові навігаційні системи (СНС) ГЛОНАСС (Глобальна Навігаційна Супутникова Система) і GPS (Global Positioning System Глобальна Система Позиціонування) зі своїми наземними і космічними доповненнями все активніше вторгаються в різні сфери людської діяльності. Останнім часом розглядається можливість спільної роботи систем ГЛОНАСС і GPS, що дозволяє підвищити їх точність і надійність. Існує ряд передумов, які полегшують спільне використання та інтегрування цих систем, до них слід віднести: спільність принципів їх балістичного побудови, спільність використовуваного частотного діапазону, близькість використовуваних систем координат та ін

Приймальна антена GPS / ГЛОНАСС повинна задовольняти вимогам малої нерівномірності діаграми спрямованості (ДН) практично у всій верхній півсфері, володіти хорошими поляризаційними характеристиками, високою технологічністю, що забезпечує роботу антени у всій необхідній смузі частот без підстроювання при деякому розкиді електричних властивостей використовуваного матеріалу.

II. Основна частина

Fig. 3. Frequency dependence of reflection coefficient module Sn

Досліджувана микрополосковая антена являє собою тришарову структуру, що складається

Рис. 1 Фотографія досліджуваної тришарової МПА

Fig. 1. Photograph of three-layered microstrip antenna

f, ГГц

Рис. 3. Частотна залежність модуля коефіцієнта відображення Sn

з круглих друкованих випромінювачів, розташованих в шарах з різною діелектричною проникністю і товщиною (рис.1). Електричні параметри і топологія випромінювача оптимизировались таким чином, щоб получіть_максімальную робочу смугу частот при обмеженні на загальну товщину шарів [1, 2]. В результаті випромінює розкривши антени представлений трьома шарами нижнім з діелектричною проникністю 10 отн. одиниць (Флан) і товщиною

4 мм, середнім з діелектричною проникністю

1.       14 отн. одиниць (пінополіетилен) і товщиною 10 мм і верхнім шаром з проникністю 10 (Флан) і товщиною 8 мм (рис.2). Діаметр випромінювача в нижньому шарі становить 34 мм, а у верхньому 44 мм. Це дозволило отримати розрахункову відносну смугу робочих частот близько 15 відсотків за рівнем КСВ краще 2.0 (ріс.З). Даний результат був підтверджений експериментально.

Рис. 2. Топологія і характеристики шарів тришарової МПА

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

Для створення правої кругової поляризації елемент нижнього шару антени збуджується в двох точках в квадратуру. Для реалізації задовільних польових характеристик (вимоги до ДН по правій кругової поляризації в області кутів низьких до горизонту) вся конструкція МПА була піднята на провідний п’єдестал заввишки 25 мм. На рис. 4 наведена розрахункова ДН по правій (робочої) кругової поляризації.

Необхідність щодо складної конструкції антени пояснюється вимогам до форми ДН у верхній півплощині, що призводить до застосування матеріалу підкладки з високою діелектричної проникністю, і одночасної реалізації високоякісних поляризаційних характеристик в широкій смузі частот.

Puc. 4. ДН по правій кругової поляризації Fig. 4. Circular far field pattern for right-hand polarization

Передбачається застосування даної антени в складі багатофункціонального суміщеного GPS / ГЛОНАСС/1_огап-пріемніка.

III. Висновок

Автори висловлюють вдячність співробітникам Російського інституту радіонавігації і часу (РІРВ), зокрема Ф. І. Нагаєва, І. К. Конаржевским за підтримку даної роботи.

IV. Список літератури

[1] О. П. Боліхов, М. І.Сугак. Оптимізація характеристик мікрополосквой антени кругової поляризації L-діапазону. 58-я науково-технічна конференція, присвячена Дню радіо та 300-річчю СанктПетербурга. Квітень 2003 Матеріали конференції. Санкт-Петербург. Видавництво СПбГЕТУ «ЛЕТІ», 2003 р.

[2] Боліхов О. П., Сугак М. І. Характеристики микрополосковой антени, яка застосовується в складі супутникових навігаційних систем ГЛОНАСС і GPS. Известия ЦЮ «ЛЕТІ». Розділ «Радіоелектроніка та телекомунікації », № 1, 2003 р.

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.

Джерело: Матеріали Міжнародної Кримської конференції «СВЧ-техніка і телекомунікаційні технології», 2003р.