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随着全球卫星导航系统的发展,GPS、GLONASS、Galileo和Compass四个全球卫星导航系统在高精度定位,航海,地理测量,授时和绘图等方面获得了广泛应用。它们的频带接近,主要集中在1164~1616 MHz频带内。为了提高全球卫星导航系统的定位精度和稳定度,未来全球卫星导航系统接收机将采用多模工作方式,综合利用多个卫星导航系统的信号实现导航定位。因此,对这种多模全球卫星导航系统接收机的重要组件-天线进行研究具有重要意义。多模全球卫星导航系统天线有多频段和宽频带的圆极化天线两种设计方式。本文利用宽频带天线设计方法,设计了三款覆盖四个全球卫星导航系统工作频段的多模天线:双馈电宽频多模全球卫星导航系统天线,单馈电宽频多模全球卫星导航系统小型单极子天线,单馈电定向辐射宽频多模全球卫星导航系统天线。双馈电宽频多模全球卫星导航系统天线设计,利用Wilkinson功率分配器与改进型Schiffman宽频移相器组成的双点馈电电路,采用L型探针耦合馈电,并使用空气层,以获得宽频圆极化特性。天线仿真结果显示S11(<-10 dB)带宽是0.86~1.64GHz(62.40%),轴比AR(<3 dB)带宽是1.00~1.69 GHz(51.30%),整个全球卫星导航系统1164~1616 MHz频段内,仿真增益高于1.9 dB,满足多模全球卫星导航系统天线要求。此外,高介电常数的基板,辐射贴片开槽和覆盖介质板等小型化技术也被研究并用来减少该天线的尺寸。单馈电宽频多模全球卫星导航系统小型单极子天线设计中,天线实测S11(<-10 dB)带宽是1.122~2.344 GHz(70.44%),实测轴比AR(<3 dB)带宽是1.270~1.600 GHz(23.00%)和1.750~2.450 GHz(33.33%),和含有铜轴的仿真仿真圆极化带宽1.214~2.410 GHz(66.00%)吻合良好,这证明了天线设计的正确性。其在1.275GHz,1.575GHz和1.80GHz三个频率点主辐射方向点有0.41 dB,0.53 dB和1.66 dB的测量增益,消去铜轴效应,仿真结果显示天线的圆极化带宽是1.096~2.243 GHz(68.70%),且具有更高的增益。这说明了该天线有着宽频圆极化特性,它有潜力被用于如多模全球卫星导航系统这样宽频圆极化天线需求领域。此外,对于此天线宽频圆极化机理的研究,它不仅从“频带叠加”角度深度解析了该天线,更揭示了两个正交电场分量相位差的“频率独立性”这一特点,这也是该天线实现宽频圆极化带宽的关键所在。最后,本文给出了该天线几个重要参数的参数扫描研究结果。这些全面而广泛的分析研究对改进该天线和衍生其它宽频圆极化天线具有重要意义。定向圆极化辐射天线能有效的抑制多径干扰,更好的应用于高性能全球卫星导航系统。因此,设计了一款背腔加载于之前的单馈电宽频多模全球卫星导航系统小型单极子天线得到了单馈电定向辐射宽频多模全球卫星导航系统天线,该天线的实测S11(<-10 dB)带宽是1.062~2.337 GHz(75.02%),实测轴比AR(<3 dB)带宽是1.21~2.44 GHz(67.40%),圆极化带宽内天线增益在2.5 dB以上,最高达9.90 dB,各方面性能都极其优异。在实地测试中,天线和商用的高性能多模天线分别接于多模全球卫星导航接收机进行应用测试,两者的应用效果相当(实验中都搜索到不同全球卫星导航系统的11颗卫星),这进一步证明了这款天线在多模全球卫星导航系统应用中的可行性和实用性。