С.Н. Бойко1, И.А. Медведев2, И.М. Трухачев3

1-3 АО «НИИ КП» (Москва, Россия)

1 boyko_sn@orkkniikp.ru; 2 medvedev_ia@orkkniikp.ru; 3 trukhachev_im@orkkniikp.ru

Постановка проблемы. Навигационное оборудование используется практически во всех сферах жизнедеятельности человека для решения задач, связанных с определением местоположения какого-либо объекта, в которых требуется высокоточное позиционирование. В состав аппаратуры современных глобальных навигационных спутниковых систем (ГНСС) входят навигационные антенные модули. Для улучшения точностных характеристик навигационного оборудования к этим модулям предъявляются высокие требования по коэффициенту шума, стабильности фазового центра, уровню частотной избирательности, форме диаграммы направленности (ДН) в части уровня отсечки обратного излучения, а также по использованию максимального числа рабочих частотных диапазонов. Удовлетворить указанные требования можно с применением таких технических решений, как широкополосный экран отсечки обратного излучения, малошумящий усилитель (МШУ) с низким коэффициентом шума, широкополосный антенный элемент со стабильным фазовым центром.

Цель. Предложить вариант реализации навигационного антенного модуля диапазонов L1, L2, L3, L5 для использования в составе высокоточного навигационного оборудования.

Результаты. Рассмотрен вариант построения антенного модуля для навигационной аппаратуры потребителя (НАП) GLONASS/GPS/Galileo/BeiDou L1, L2, L3, L5. Для данного модуля разработан широкополосный антенный элемент, оригинальный экран отсечки обратного излучения и МШУ с интегрированной схемой питания антенного элемента, изготовлен макет модуля. В ходе измерений получены следующие результаты: коэффициент шума опытного образца - не более 3 дБ, стабильность фазового центра - не более 2,4 мм, уровень подавления внеполосных помех - более 40 дБ, уровень отсечки обратного излучения достигает 40 дБ.

Практическая значимость. Предложенный многодиапазонный навигационный антенный модуль может быть использован в составе высокоточной НАП.

Бойко С.Н., Медведев И.А., Трухачев И.М. Высокоточный навигационный антенный модуль диапазонов L1, L2, L3, L5 // Радиотехника. 2025. Т. 89. № 1. С. 129−140. DOI: https://doi.org/10.18127/j00338486-202501-12

1. Zhou Y., Chen C.C., Volakis J.L. Dual band proximity-fed stacked patch antenna for tri-band GPS applications // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 2007. V. 55. № 1. Р. 220-223.
2. Falade O.P., Rehman M.U., Gao Y., Chen X.D., Parini C.G. Single feed stacked circular polarized antenna for triple band GPS receivers // IEEE Trans. Antennas Propagation. 2012. V. 60. № 10. Р. 4479–4484.
3. Liu Y., Shi D., Zhang S., Gao Y. Multiband Antenna for Satellite Navigation System // IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters. 2016. V. 15. Р. 1329-1332.
4. Бойко С.Н., Исаев А.В., Марьянов В.Б., Трухачев И.М. Микрополосковая антенна ГНСС этажерочного типа с встречным питанием антенных элементов // Антенны. 2020. № 2(264). С. 29-40. DOI: 10.18127/j03209601-202002-04.
5. Wang Z., Liu H., Fang S., Cao Y. A Low-cost dual-wideband active GNSS antenna with low-angle multipath mitigation for vehicle applications // Progress in Electromagnetics Research. 2014. V. 144. Р. 281-289.
6. Sun C., Zheng H., Liu Y. Analysis and design of a low-cost dual-band compact circularly polarized antenna for GPS application // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 2016. V. 64. № 1. Р. 365-370.
7. Sun C., Wu Z., Bai B. A novel compact wideband patch antenna for GNSS application // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 2017. V. 65. № 12. Р. 7334-7339.
8. Бойко С.Н., Исаев А.В., Марьянов В.Б. Малогабаритный двухдиапазонный антенный модуль для приемников глобальных спутниковых навигационных систем ГЛОНАСС/GPS // Радиотехника и электроника. 2020. Т. 65. № 6. С. 551-558.
9. Liu Q., Liu Y., Wu Y., Su M., Shen J. Compact wideband circularly polarized patch antenna for CNSS applications // IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters. 2013. V. 12. Р. 1280-1283.
10. Tamjid F., Foroughian F., Thomas Chris M., Ghahreamani A., Kazemi R., Fathy Aly E. Toward high-performance wideband gnss antennas-design tradeoffs and development of wideband feed network structure // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 2020. V. 68. № 8. Р. 5796-5806.
11. Filippov V., Tatarnicov D., Ashjaee J., Astakhov A., Sutiagin I. THE first dual-depth dual frequency choke ring // Proceeding of the 11th International Technical Meeting of the Satellite Division of ION. Nashville. September 15-18 1998. Р. 1035-1040.
12. Sciré-Scappuzzo F., Makarov S.N. A low-multipath wideband GPS antenna with cutoff or non-cutoff corrugated ground plane // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 2009. V. 57. № 1. Р. 33-46.
13. Emara M.K., Hautcoeur J., Panther G., Wight J.S., Gupta S. Surface Impedance engineered low-profile dual-band grooved-dielectric choke ring for GNSS applications // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 2019. V. 67. № 3. Р. 2008-2011.
14. Taghdisi E., Ghaffarian M.S., Mirzavand R. Low-profile substrate integrated choke rings for GNSS multipath mitigation // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 2022. V. 70. № 3. Р. 1706-1718.
15. Lee Y., Ganguly S., Mitra R. Tri-band (L1, L2, L5) GPS antenna with reduced baskloubes // 28 General Assambly of International Union of Radio Science. URSI-GA. New Delhy. India. 2005.
16. Бойко С.Н., Кухаренко А.С., Яскин Ю.С. Применение экрана на основе метаматериала для отсечки многолучевости антенн спутниковых систем навигации // Антенны. 2015. № 7(185). С. 63-69.
17. Клионовски К.K. Теоретические и экспериментальные исследования круглых полупрозрачных экранов для антенны радионавигационного приемника // Антенны. 2012. № 7(182). С. 46–54.
18. Татарников Д.В., Генералов А.А. Вогнутые полупрозрачные экраны для отсечки поля в нерабочей области углов антенны // Антенны. 2018. № 10(186). С. 3-14.
19. McKinzie W.E. III, Hurtado R., Klimczak W. Artifical magnetic conductor technology reduced size and weight for precision GPS antenna // Presented at the Institute on Navigation National Technical Meeting. San Diego. CA. Jan. 28-30 2002. Р. 1-12.
20. Baggen R., Martinez-Vazquez M., Leiss J., Holzwarth S., Drioli L.S., de Maagt P. Low profile GALILEO antenna using EBG technology // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 2008. V. 56. № 3. Р. 667-674.
21. Ruvio G., Amman M.J., Bao X. Radial EBG Cell Layout for GPS Patch Antennas. Dublin Institute of Technology. School of Electrical and Electronic Engineering. Articles. 2009-06-18.
22. Alam M.S., Islam M.T., Misran N. Performance investigation of a Uni-planar compact electromagnetic bandgap (UC-EBG) structure for wide bandgap characteristics // Asia-Pacific Symposium on electromagnetic Compatibility (APEMC). 2012. Р. 637-640.
23. Вендик И.Б., Вендик О.Г. Метаматериалы и их применение в технике сверхвысоких частот (обзор) // Журнал технической физики. 2013. Т. 83. Вып. 1. С. 3-28.
24. Авгари Ф.С.А., Кубалова А.Р., Максимов А.П. Микрополосковый эллиптический фильтр с реализацией на резонаторах одинаковой электрической длины // Труды учебных заведений связи. 2017. Т. 3. № 4. С. 5-15.
25. Bhavarthe P.P., Rathod S.S., Reddy K.T.V. A Compact dual band gap electromagnetic band gap structure // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 2019. V. 67. № 1. P. 596-600.
26. Абденов А.Ж., Рубанович М.Г., Хрусталев В.А. Оценка погрешности формул для расчета индуктивности элементов в микро-полосковом исполнении // Электросвязь. 2011. № 5. С. 42-46.
27. Шашков А.А., Бойко С.Н., Егиазарян А.М., Корышев О.В., Трухачев И.М. Проектирование вибраторных антенн с реак-тивными включениями. Монография. М.: Радиотехника. 2024. 160 с.
28. Kovitz J.M., Choi J.H., Rahmat-Samii Y. Supporting wide-band circular polarization // IEEE Microwave. Magazine. 2017. V. 18. № 5. Р. 91–104.
29. McKinzie W.E., Hurtado R., Klimczak W. Artificial magnetic conductor technology reduces size and weight for precision GPS antennas // Proceedings of the 2002 National Technical Meeting of the Institute of Navigation. San Diego. Jan. 28-30 2002. Р. 448-459.
30. Sievenpiper D., Zhang L., Broas R.F.J., Alexopolous N.G., Yablonovitch E. High-impedance electromagnetic surfaces with a forbidden frequency band // IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. 1999. V. 47. № 11. Р. 2059-2074.