圆极化作为一项无线通信系统中的关键技术,具有抑制多径干扰、降低极化失配和对抗电离层的法拉第旋转效应等优势,被应用于天线设计中可弥补线极化天线带来的缺陷。随着卫星通信与导航技术的迅速发展,宽带、低剖面、宽波束和高增益成为了圆极化天线的发展趋势。交叉偶极子天线能够很容易实现良好的宽带圆极化辐射特性,逐渐掀起学者们的研究热潮。本论文由国家自然科学基金(No.61372008)、广东省科技计划(No.2014A010103014,No.2015B010101006)等项目资助,考虑当前卫星通信与导航系统对圆极化天线的性能要求,并针对现有的交叉偶极子天线结构的基本特性及其在应用性能方面上存在的不足进行了改进与创新,设计了三款性能较高的圆极化交叉偶极子天线,具体研究内容如下:(1)新型圆极化宽波束交叉偶极子天线。提出了一款应用于GPS主、次波段的圆极化天线。在交叉偶极子四周引入四个寄生的垂直直角板,两对交叉偶极子臂由长方形贴片和竖直放置的铜柱连接构成来实现偶极子臂弯折90°的效果,从而达到拓宽波束宽度的作用。天线能在44.8%的圆极化带宽范围内实现超过120°的3-d B轴比波束宽度,半功率波束宽度可以超过125°。(2)超宽带圆极化交叉偶极子天线。提出了一款可以覆盖整个卫星通信L频段或者GNSS频段的圆极化交叉偶极子天线,其结构相对紧凑简单,并给出了原理性的分析。利用风向标形状的偶极子可以实现多个阻抗通带从而达到拓宽阻抗带宽的作用,引入四个垂直的寄生金属板可以产生额外的轴比通带从而大大提高了圆极化带宽。天线的3-d B轴比带宽从21%提高到改进后的74%,天线的剖面高度也得到了进一步的降低达到0.20个波长,并且带内增益也较为稳定,增益变化值小于3 d B。(3)基于AMC的低剖面圆极化交叉偶极子天线。提出了一款可以覆盖部分卫星通信C频段的圆极化交叉偶极子天线,这一部分主要解决了前两款天线存在的剖面相对较高和增益较低的问题。加载人工磁导体结构,将天线的剖面降低至0.13个波长并有效地抑制了表面波和消除天线的后向辐射,通过加载矩形寄生单元能够产生额外的轴比通带从而来拓宽天线的3-d B轴比带宽。所设计的天线能在0.13个波长的剖面高度下达到39%的圆极化带宽,并且天线在整个工作频带内平均增益达到8.3 d Bi。本文设计了三款圆极化交叉偶极子天线,对圆极化天线进行了一体化工作,它们分别在宽波束、宽带、低剖面和高增益等方面各具优势。因此,所提出的三款较高性能的天线在卫星通信与导航系统中具有很大的竞争力。