开题报告-参考

1、开题报告毕业设计题目：GPS抗干扰天线技术多频带高增益微带天线单元的 仿真与设计浙江理工大学本科毕业设计（论文）开题报告班级07通信工程（）姓名XXX课题名称XXXXXXXXXXXXXXX目录：一、选题意义与可行性分析二、国内外研究现状三、研究的基本内容与拟解决的主要问题四、总体研究思路（方法与技术路线）五、预期研究成果六、研究工作计划参考文献成绩：答辩意见答辩组长签名：年月日系 主 任 审 核意见签名：年月日一、选题意义与可行性分析全球定位系统（Global Positioning System, GPS是美国国防部为陆、海、空三军研制的新一代卫星导航定位系统，广泛应用于导航、测绘、监测、授

2、时、通信 等多种领域。近年来，GPS系统在民用领域迅猛发展，特别是在车辆导航和手机定 位等方面潜力巨大。由于GPS信号微弱，要想获得良好的导航定位效果，除了提高 GPS卫星的导航精度以外，对接收机的抗干扰研究也非常重要。在GPS抗干扰研究中，抗干扰天线技术对于GPS接收机的精度及其重要，因此设计出符合要求并且精 度较高的抗干扰天线意义重大。根据GPS定位原理及其卫星信号特征，为实现接收机快速、连续、精确定位， 对GPS天线提出了很高的要求。虽然目前 GPS天线技术已经趋于成熟，但它仍旧是 制约接收机性能的瓶颈，是设计中主要考虑的因素。GPS接收天线主要有微带贴片天线和四臂螺旋天线两种，为满足当

3、前各种便携式、多功能接收机的需求，人们对 GPS天线的小型化、多频段、抗干扰、圆极化等技术进行了不断的研究。微带天线理论和计算机辅助设计软件使得 GPS天线设计成为可能。微带天线的 基本理论大致可分为三类 : 传输线理论、空腔理论和全波理论。计算机辅助设计在 天线领域已经越来越重要，一大批天线设计软件使天线设计变得更加简单，例如 An soft HFSS，本课题将使用该软件做天线的初步设计和仿真，从而得出所设计的 天线参数。二、国内外研究现状近年来便携式接收机的应用，对 GPS天线提出了特殊的要求，包括天线的小型 化、降低天线成本、增强抗干扰能力和双频 / 多频段等。随着理论研究的深入，国 内

4、外对GPS贴片天线的研究已经趋于成熟。顺应近代电磁学的发展与无线应用的众多需求 ,天线技术历经百余年发展仍充 满盎然生机。微带天线作为一维小型化天线 ,以其低轮廓、可共形、 易集成等颇具特 色的优点近年来在天线开发实用中独占鳌头。而高性能圆极化天线在当前的应用愈 加广泛。圆极化天线的实用意义主要体现在： 1、圆极化天线可接收任意极化的来 波，且其辐射波也可由任意极化天线收到， 故电子侦察和干扰普遍采用圆极化天线； 2、在通信、雷达的极化分集工作和电子对抗等应用中广泛利用圆极化天线的旋向 正交性； 3、圆极化波入射到对称目标（如平面、球面等）时逆向旋转，因此圆极 化天线应用于移动通信、 GPS

5、等能抑制雨雾干扰和抗多径反射。微带天线圆极化方 法大致分为三类，分别为：（a）切角（b）准方形、近圆形、近等边三角形（c）表面 开槽（d）带有调谐枝节（4）正交双馈、曲线微带型、行波阵圆极化枝节对天线性能的理论分析，除基于空腔模型的传统方法外，矩量法和时域有限差 分法两种数值方法成为主流。快速多极子算法和遗传算法、神经网络的引入加速了 天线的优化。各种商用软件的开发使复杂天线的设计变得简单。当前圆极化微带天 线的发展已不只是要求实现圆极化工作和保证带宽，而且要求小型化和双频段甚至 多频段。三、研究的基本内容与拟解决的主要问题GPS 接收天线的性能明显影响 GPS 接收机的应用效果。近些年发展起

6、来的微 带天线技术，以其良好的性能、纤小的体积和便于安装集成的结构等优良特性，引 起天线设计者的关注。3.1 研究的基本内容3.1.1 微带天线的设计理论的分析与研究微带天线的分析与设计方法有多种，常用的有传输线模型法、谐振腔模型法、 矩量法及时域有限差分法等。其中，谐振腔模型法是将微带贴片与接地板之间的空 腔看成四周为磁壁、上下位电壁的谐振腔，可用于各种规则的贴片。本课题首先分 析和比较各种设计方法， 然后重点研究谐振腔模型法， 并用来设计 GPS 微带贴片天 线。3.1.2 GPS 天线单元的设计天线单元的设计主要是根据 GPS 天线所需的参数如， 频点、极化方向和输出阻 抗等，来解决天线

7、的理论设计，包括天线的形状、尺寸以及所用的材料等。天线单 元这些参数的设定主要是根据天线的基础知识、天线设计的理论如谐振腔模型法和 简并分离理论等知识综合得出的。3.1.3 GPS 天线单元的仿真与优化即使天线单元的设计已经完成，但也不能保证天线的各个参数都符合要求，因 此需要对所设计的天线进行仿真和优化。随着计算机辅助设计的广泛应用，利用计 算机软件来仿真优化天线变得越来越简单。 本课题主要使用 Ansoft 公司的 HFSS 完 成对所设计天线的仿真和优化。3.2 拟解决的主要问题（1）天线增益：增益是天线的主要参数之一，直接影响天线的抗干扰性能。（2）方向性好，提高抗干扰能力。（3）降低

8、极化轴比。四、总体研究思路（方法和技术路线）4.1 GPS 天线单元的理论设计4.1.1 理论研究 天线的性能参数主要有辐射方向图、带宽、增益、极化和阻抗。辐射方向图给 出了天线发射时离天线固定的距离上辐射随角度的变化；带宽给出了天线的合格的 频率范围；增益给出了被天线上损耗减弱了的方向性；极化是指当天线发射时，所 发射的瞬态电场矢量随时间变化的轨迹图；阻抗是天线终端上的电压与电流比。分析微带天线的基本理论大致可分为三类 : 传输线理论、空腔理论和全波理论 3。最早出现的也最简单的是传输线模型理论 , 主要用于矩形贴片。该理论将微带 天线看成两个正交的、终端开路的传输线，传输准TEM波。更严格

9、更有用的是空腔 模型理论 , 可用于各种规则贴片 , 该理论将贴片与接地板之间的空间看成是四周为 磁壁、上下为电壁的谐振空腔 , 天线辐射场由空腔四周的等效磁流来得出 , 天线输入 阻抗可根据空腔内场和馈源边界条件来求得。最严格而计算最复杂的是积分方程法 即全波理论。从原理上说 , 全波理论可用于任何微带天线 , 然而要受计算模型的精度 和机时的限制。传输线模型法是将一矩形微带天线等效为一段微带传输线。 多端口网络模型法 是把贴片表示为四周带一些端口的二维平面电路，再把贴片外部场用等效的集总参 数网络来模拟；矩量法分为空间矩量法及频域矩量法，这种方法能处理任意结构、 任意厚度的微带天线，根据介

10、质和空气分解面处的边界条件，利用合适的格林函数 建立贴片表面未知电流满足的积分方程，应用矩量法解此积分方程，算出天线的各 种参数。微带天线获得圆极化的关键是激励起两个极化方向正交、 幅度相等、 相位差 90 度的线极化波。对于单点馈电的 GPS微带天线来说，主要通过切角和偏置馈电来实 现, 切角包括辐射元切角和基片切角。目前，用微带天线实现圆极化辐射主要有以下四种方法: 正交馈电的单片圆极化微带天线； 一点馈电的单片圆极化微带天线； 由曲线微带构成的宽频带圆极化微带天线； 微带天线阵构成的圆极化微带天线。4.1.2天线尺寸设计本课题所设计的GPS微带天线的参数如下：1) 频点:1.575G(1

11、.551.65);2) 增益2dBi、极化轴比三2 (1575。仰角)；3) 驻波比三2；4) 右旋圆极化；5) 输出阻抗：50 o应用常规的矩形微带天线的求解公式可以确定贴片的尺寸，以及介质板的厚度h:c2f02l 0.412h e 0.3e 0.258w0.264 hw(1)(2)(3)h .8式中W L分别代表贴片的宽和长，c为光速，fo为中心频率，e是介质基片的实效介电常数。当VSW民2.0时，微带天线的带宽的经验公式可以表示为：BW(MHz) 5.04f02(GHz)h(mm)，(4)其中h为介质基板厚度。通过上述理论和计算公式，初步设计出贴片的大小，尺寸，确定介质的材料。 利用极化

12、知识，确定馈点位置以实现天线的右旋圆极化。根据谐振腔模型法和简并 理论，所设计的贴片天线形状如图1所示：4.2 GPS天线单元的仿真与优化利用4.1可以计算出天线的尺寸，如W L和h,利用圆极化知识，确定馈电点 位置，以实现天线圆极化。运行 HFSS建立一个基于上述参数的矩形贴片天线。1 设置求解类型；2 设置模型单位；3 创建微带天线模型；4.设置端口激励；5 设置参数，进行分析；6.分析报告，包括方向图、驻波比、带宽、阻抗、轴比等参数。根据仿真结果，设置相应的优化变量（包括贴片大小，基片大小以及剪角大小）， 将贴片大小和剪角大小设置在更小的范围内，再进行仿真，得出圆极化天线的尺寸。在此基础

13、上，修改设置参数进行仿真分析和优化，提高所设计天线的性能。五、预期研究成果首先，设计得到GPS微带贴片天线单元模型。根据空腔模型、简并理论以及圆 极化知识等，理论上设计出符合预期指标的贴片天线，确定贴片的尺寸，以及介质 板的厚度h,馈电点在贴片中的位置等，使天线的参数符合下列要求1）频点:1.575G（1.551.65）；2）增益2dBi、极化轴比三2 （1575仰角）；3）驻波比三2；4）右旋圆极化；5）输出阻抗：50 o然后，经仿真优化得到 GPS微带贴片天线单元的最终设计模型。利用HFSS仿真出所设计天线的方向图、输入阻抗、方向图等参数，所得出的参数与理论值比较, 经仿真优化，得到性能较

14、高的 GPS微带贴片天线单元模型。六、研究工作计划计划进度：起止时间内容2009.11.14开题报告答辩，成绩评定（预定、以通知为准）。2009.11.15 2009.12.7单元天线的理论设计（理论研究阶段）。2009.12.16 2010.1.29单元天线的理论设计（参数计算阶段）20010.1.30 2010.01.22天线的仿真与优化阶段2010.01.23学院进行中期检查（提前批毕设答辩申请、上交论文）（预定、以通知为准）2010.01.24 2010.02.15根据中期检查及指导教师意见，继续完善毕业设计、撰写并修改论文。2010.02.152010.3.21毕业设计（论文）交指导

15、教师（预定、以通知为准）2010.03.21 2010.04.09根据指导教师意见修改论文2010.04.10学院分组进行论文答辩（预定、以通知为准）参考文献1 袁建平等 .卫星导航原理及应用 M. 北京: 中国宇航出版社 ,2003 ：2030.2 邵联军.基于导航战的GPS通信干扰仿真与设计D.武汉：武汉大学，20053 熊志昂,李红瑞,赖顺香.GPS技术与工程应用M.北京：国防工业出版社,2005:50 60.4 王李军.GPS接收机抗干扰若干关键技术研究D.南京:南京理工大学,20065 宋 颖 凤 , 葛 海 龙 , 王 四 红 . 对 GPS 的 干 扰 与 抗 干 扰 技 术 研

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