С. Н. Бойко - к.ф.-м.н., зам. начальника НПК, филиал АО «ОРКК» - «НИИ КП» (Москва)

Электронная почта: boyko_sn@orkkniikp.ru

А. В. Исаев - начальник лаборатории АФУ,

АО «КБ НАВИС» (Москва)

Электронная почта: isaev_av@navis.ru

В. Б. Марьянов - начальник группы НПК, филиал АО «ОРКК» - «НИИ КП» (Москва)

Электронная почта: maryanov_vb@orkkniikp.ru

И. М. Трухачев - к.т.н., начальник НПК, филиал АО «ОРКК» - «НИИ КП» (Москва)

Электронная почта: trukhachev_im@orkkniikp.ru

Постановка проблемы.Действующие в настоящий момент системы глобальной спутниковой навигации (ГНСС) ГЛОНАСС и GPS работают в частотных диапазонах L1 и L2, центральные частоты которых разнесены в 1,28 раза. Однако получение малого разноса рабочих частот в микрополосковых антеннах типа представляет собой очень сложную задачу, если требуются идентичные по диаграммам направленности (ДН) в диапазонах частот L1 и L2. Микрополосковые антенны этажерочного типа (МПАЭТ) лишены этого недостатка, что есть в них легче реализовать разнос рабочих частот менее в 1,5 раза. Вместе с тем проблемным проектированием МПАЭТ с традиционным способом питания обнаруживает сильное проникновение между соответствующими элементами МПАЭТ, что приводит к взаимному проникновению сигналов в тракты приемных каналов и искажению ДН в диапазонах L1 и L2.

Цель. Уменьшить взаимное влияние антенных элементов в МПАЭТ за счет изменения способа их питания с прямого на встречный. Результаты. Предложен двухдиапазонный L1, L2 навигационный антенный модуль, состоящий из микрополосковой антенны этажерочного типа с встречным питанием антенных элементов и двухканального малошумящего усилителя с элементами защиты по входу. Габаритные размеры антенного модуля составили Ø140×85 мм в одном варианте исполнения и 101×101×62 мм во втором варианте. Получены следующие параметры антенны: коэффициент усиления антенного элемента в зените – 6,5 дБ в диапазоне L1 и 5,2 дБ в диапазоне L2; коэффициент шума МШУ в рабочих диапазонах частот – не более 2 дБ; коэффициент усиления модуля в зените в рабочих диапазонах частот – не менее 30 дБ; подавление внеполосных помех при отстройке ±65 МГц от центральных частот диапазонов частот L1, L2 – не менее 50 дБ; ток потребления – не более 60 мА.

Практическая значимость. Достигнута развязка раздельных выходов МПАЭТ не хуже 24 дБ и полная идентичность формы ДН в диапазонах частот L1, L2, что позволяет принимать и отдавать в навигационный приемник полностью идентичные для диапазонов L1 и L2 наборы спутниковых сигналов.

1. Рамеш Г., Бхартия П., Бахл И., Иттипибун А. Справочник по проектированию микрополосковых антенн. Лондон, Великобритания: Artech House. 2001 г.
2. Курдюмов О.А., Сагач В.Е. Антенны эллиптической поляризации в спутниковой навигации и телеметрии / Под ред. Ю.С. Яскина . М .: Радиотехника. 2018.
3. Баланис К.А. Теория антенн - Анализ и проектирование. Эд. 3-й. Wiley Interscience. 2005 г.
4. Петров А.С., Макеев В.В. Анализ характеристик микрополосковых антенн в дециметровом диапазоне // Радиотехника и электроника. 2013. Т. 58. № 3. С. 213–224.
5. Wong KL Компактные и широкополосные микрополосковые антенны. Нью-Йорк: Вили. 2002 г.
6. Ян К.П., Вонг К.Л. Двухдиапазонная квадратная микрополосковая антенна с круговой поляризацией // Транзакции IEEE по антеннам и распространению. 2001. Т. 49. № 3. С. 377–382.
7. Бойко С.Н., Исаев А.В., Марьянов В.Б. Малогабаритный двухдиапазонный антенный модуль для приемников ГНСС ГЛОНАСС / GPS // Радиотехника и электроника. 2020. Т. 65. № 6 (в печати).
8. Wen L., Min W., Yongjin J., Zhao C. Design of a wideband circularly polarized microstrip antenna for compass and GPS // 2013 International Conference on Computational Problem-solving (ICCP). 2013. Juizhai, China. P. 195–198.
9. Nasimuddin, Qing X., Chen Z.N. A wideband circularly polarized stacked slotted microstrip patch antenna // IEEE Antennas and Propagation Magazine. 2013. V. 55. № 6. P. 84–97.
10. 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. P. 220–223.
11. Peng X.F., Zhong S.S., Xu S.Q., Wu Q. Compact dual-band GPS microstrip antenna // Microwave and Optical Technology Letters. 2005. V. 44. № 1. P. 58–61.
12. Wang Z.B., Fang S.J., Fu S.Q., Liu S.W. Dual-band probe-fed stacked antenna for GNSS applications // IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters. 2009. V. 8. P. 100–103.
13. Chen S.C., Liu G.C., Chen X.Y., Lin T.F., Liu X.G., Duan Z.Q. Compact dual-band GPS microstrip antenna using multilayer LTCC substrate // IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters. 2010. V. 9. P. 421–423.
14. Илларионов И.А., Дудкин М.И., Кузнецов А.В., Зверев Е.В., Ярославцева И.П. Исследование характеристик и методов настройки двухдиапазонных миниатюрных микрополосковых антенн спутниковой навигации с подложкой из керамического материала // Антенны. 2016. № 1. С. 24–32.
15. Falade O.P., Gao Y., Chen X., Parini C. Stacked-patch dual-polarized antenna for triple-band handheld terminals // IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters. 2013. V. 12. P. 202–205.
16. Li J., Shi H., Li H., Zhang A. Quad-band probe-fed stacked annular patch antenna for GNSS applications // IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters. 2014. V. 13. P. 372–375.
17. Татарников Д.В., Астахов А.В., Степаненко А.П., Шаматульский П.П., Емельянов С.Н. Антенные технологии высокоточного спутникового позиционирования // Антенны. 2016. № 10. С. 77–91.
18. Канг М.С., Чу Х., Бьюн Г. Дизайн двухдиапазонной микрополосковой рамочной антенны с частотно-нечувствительными вариациями реактивного сопротивления для очень маленькой антенной решетки // Транзакции IEEE по антеннам и распространению. 2017. Т. 65. № 6. С. 2865–2873.
19. Ли Д., Го П., Дай К., Фу Й. Широкополосная многослойная пакетная антенна с емкостной связью для приложений GNSS // Антенны IEEE и письма о беспроводном распространении. 2012. Т. 11. С. 701–704.