随着卫星定位导航和无线通信技术的飞速发展,电子设备的体积日益小型化,工作频段日益宽带化,功能日益多样化,用于卫星导航和通信的圆极化天线得到了越来越广泛的应用与重视,对圆极化天线的要求也日渐提高。本文结合科研课题,对应用于GNSS的宽频圆极化天线、双频圆极化天线、四臂螺旋天线及低副瓣圆极化阵列天线和覆球波束阵列天线进行了深入研究。作者的主要研究成果可概括为:1.对采用双点馈电的宽频带和双频带圆极化微带天线进行了研究。本文以多模卫星导航系统的终端天线为研究背景,设计了一副宽频带的圆极化微带天线,该天线采用环状辐射贴片,以空气作为介质,通过调整环状辐射贴片的内外径尺寸,使天线可以覆盖GPS的L2和L5工作频带,同时兼顾伽利略的E5a和E5b工作频点(1164-1215MHz)。天线采用两个位置正交的馈电点对天线馈电,双点馈电展宽了天线的工作频带,馈电网络采用宽频带90o移相器级联Wilkinson功分器,实现了天线26%的电压驻波比带宽。为了能够同时满足GPS的多频点工作要求,设计了一副同样采用双点馈电技术实现的双频圆极化天线,该天线使用两层辐射贴片层叠排列,通过调节其尺寸使谐振频率满足设计要求,为了优化天线的轴比,在辐射贴片中心开槽对表面电流进行微扰,最终实现在GPS的L1、L2和L5这三个工作频带内轴比小于3dB的右旋圆极化辐射。2.对电磁耦合馈电的圆极化微带天线进行了研究。为了进一步展宽天线的工作频带,使其可以覆盖GNSS的所有工作频点,本文对耦合馈电的圆极化天线进行了深入研究,首先设计了一副缝隙耦合圆极化天线,天线通过“莲花型”缝隙将能量耦合到两个同心环状辐射贴片,实现了天线的双频工作,为了尽可能展宽馈电网络的工作带宽,在馈电网络中加入了宽带移相结构,天线加工实物并在微波暗室进行实测,实测电压驻波比带宽达到41.7%,在设计频带内轴比均小于3dB。为了适应天线的小型化趋势,对上述天线进行了改进优化,馈电网络采用带状线形式,并将网络分成两层,使天线的尺寸极大的缩减,通过优化耦合缝隙和辐射贴片的尺寸,改善了天线在低仰角处的增益和轴比特性,该天线实现了50%的相对带宽,且在整个工作频带内最大辐射方向实测轴比小于2dB。3.对宽波束四臂螺旋天线进行了研究。文中设计、加工了一个加载寄生臂的四臂螺旋天线,天线采用顶端开路的形式,通过调节螺旋圆柱体半径和加载寄生臂等方式展宽了波束宽度,提高了天线低仰角处的增益。馈电网络加载宽带移相结构,实现了在较宽的频带内网络输出幅度和相位的稳定性。加工了实物并进行了实测,实测结果与设计相吻合。4.对圆极化直线阵列天线进行了研究。设计了一套用于WiMax的右旋圆极化阵列天线,天线单元采用缝隙耦合馈电,一定程度上展宽了天线的工作频带,根据阵列方向图低副瓣的设计要求,对阵列单元的幅度和相位分布进行了优化,通过仿真比较得到最优的幅相分布并设计了馈电网络,加工实物并进行实测,实测阵列天线满足设计要求。5.对星载覆球波束阵列天线进行了研究。通过对伽利略卫星导航系统中星载覆球波束阵列天线的研究,设计了一套24单元的圆极化阵列天线,该天线方向图要求实现对地球的覆球波束赋形。考虑到伽利略系统的工作频率,首先设计了一个双频工作的右旋圆极化天线单元;对单元的幅相分布进行优化,通过遗传算法计算得到24个单元的幅度和相位分布。在仿真软件中建模,证明了遗传算法优化结果的准确性。