一种面向海上无人机的宽波束圆极化GNSS全向天线设计

来源：信号处理杂志 2025年第10期北京时间：

作者：熊秋茹, 孙蕊, 徐延峰

摘要：无人机已在海上灾害监测、应急救援中得到应用。全球卫星导航系统（Global Navigation Satellite System， GNSS）机载天线作为无人机导航定位系统的核心部件，是确保无人机在复杂海面环境中实现高精度定位与稳定信号接收的关键设备，其性能直接关系到无人机在海上灾害监测与应急救援任务中的可靠性。然而，在台风等极端自然灾害的复杂环境下，现有天线仍存在波束窄、圆极化性能不稳定的问题，导致导航定位可靠性显著下降，严重威胁无人机运行安全。为此，本文设计了一种宽波束圆极化的全向天线。该天线采用三层同轴堆叠的贴片结构，在贴片上加载对称的弧形缝隙引入额外的电抗分量，在贴片边缘加载均匀分布的金属短路柱连接辐射贴片与接地层，结合容性耦合馈电技术，优化表面电流分布并激发多模谐振，展宽了天线的轴比带宽与阻抗带宽。天线的仿真结果表明，所设计天线在1.06~1.75 GHz频段内实现49.11%的轴比带宽和29.7%的阻抗带宽，且在176°仰角与360°方位角范围内保持稳定的圆极化辐射特性，实现宽带阻抗匹配与宽角圆极化辐射。天线增益超过1.8 dB，交叉极化隔离度（Cross-Polarization Discrimination， XPD）超过15 dB，能够有效抑制多径干扰。在实验验证方面，本文将所提出的天线进行加工与测试，天线的实测结果证明各参数与仿真结果较为吻合，并且其低剖面轻量化的设计适配小型化无人机的应用需求。

关键词：全球卫星导航系统, 全向天线, 宽波束, 圆极化