Сибирский федеральный университет

Тип публикации: статья из журнала

Год издания: 2021

Идентификатор DOI: 10.32603/1993-8985-2021-24-1-6-14

Ключевые слова: GNSS antenna, high impedance ground screen, conventional ground screen, backward radiation pattern, антенна ГНСС, высокоимпедансный экран, проводящий экран, диаграмма обратного излучения

Аннотация: Введение. Устойчивость антенн глобальных навигационных спутниковых систем (ГНСС) к многолучевой интерференции во многом определяется крутизной амплитудной диаграммы направленности (ДН) в области скользящих углов (углов, близких к горизонту). Крутизна ДН антенны определяется размером ее экрана. В статье представлено исследование зависимости крутизны амплитудной ДН от радиуса экрана квадрупольной антенны R.Цель исследования. Анализ влияния радиуса обычного и высокоимпедансного экранов на ДН и диаграмму обратного излучения (ДОИ) квадрупольной антенны, в том числе в области скользящих углов.Материалы и методы. Численные исследования проведены в САПР СВЧ (CST Studio Suite) методом конечных элементов (finite element method - FEM) и методом конечных разностей во временной области (FDTD), а также методами постобработки результатов.Результаты. Проведено моделирование квадрупольной антенны с емкостным высокоимпедансным и плоским проводящим экранами. Установлено наличие зависимости средней крутизны ДН на скользящих углах от радиуса экрана на нижней (fн) и верхней (fв) частотах ГНСС. В ходе исследования выполнен анализ ДН, отношения назад/вперед (down/up или DU), коэффициента усиления в направлении на горизонт (горизонтальное усиление - ГУ) и коэффициента многолучевости (MR) для радиусов R= 1…20 длин волн высокоимпедансного и проводящего экранов. Выявлено, что с целью получения высокой крутизны ДН на скользящих углах возможно применение различных типов экранов, но низкий уровень ДОИ достижим только с применением высокоимпедансной структуры. Показано, что одну и ту же крутизну амплитудной ДН (около 1 дБ/°) для нижних частот (НЧ) ГНСС возможно получить при разных радиусах экрана R= 12λ0 и, предположительно, 20λ0 .Заключение. Высокоимпедансный экран решетки вертикальных стержней диаметром 2R = 12λ0 является предпочтительным для квадрупольной антенны на НЧ ГНСС. Да льнейшее увеличение экрана может лишь незначительно улучшать его характеристики. Introduction. The multipath resistance of GNSS antennas is largely determined by the gain slope of the amplitude radiation pattern at sliding angles (angles close to the horizon). The gain slope of the antenna radiation pattern is determined by the size of its ground plane. This article investigates the dependence between the gain slope and ground plane radius R of a quadrupole antenna.Aim. To analyse the impact of the radius of conventional and high-impedance ground planes on the backscatter radiation pattern of a quadrupole antenna at sliding angles.Materials and methods. Computer simulations were carried out in CAD CST Studio Suite using the methods of finite element analysis (FEM), finite difference time domain (FDTD) and template based post-processing.Results. Quadrupole antennas with a capacitive high-impedance ground plane and a conventional flat ground plane were simulated. The dependence of the average gain slope at sliding angles on the radius of the ground plane was determined at low (fн) and upper (fв) GNSS frequencies. The analysis of the down/up ratio, the rolloff gain and the multipath ratio for R= 1…20 of the wavelength of capacitive high-impedance and ground planes conventional flat was performed. It was established that higher gain slopes can be obtained using different types of ground planes; however, lower backscatter radiation values are achievable only using high-impedance structures. It was observed that the same slope of the radiation pattern (about 1 dB/°) for GNSS lower frequencies can be obtained at different R=12λ0, and, presumably, at 20λ0.Conclusion. A high-impedance ground plane with a diameter of 2R=12λ0 is preferable for a quadrupole antenna at low GNSS frequencies. A further increase in the ground plane size will insignificantly improve its characteristics.

Журнал: Известия высших учебных заведений России. Радиоэлектроника

Выпуск журнала: Т. 24, № 1

Номера страниц: 6-14

ISSN журнала: 19938985

Место издания: Санкт-Петербург

Издатель: Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет "ЛЭТИ" им. В.И. Ульянова (Ленина)

• Гафаров Е.Р. (Сибирский федеральный университет)
• Саломатов Ю.П. (Сибирский федеральный университет)

• Ядро РИНЦ (eLIBRARY.RU)
• Список ВАК