14、全球导航卫星系统（GNSS）天线技术解析

全球导航卫星系统（GNSS）天线技术解析

1. 四臂螺旋天线（Quadrifilar Helix Antenna，QHA）

1.1 自相控四臂螺旋天线

自相控四臂螺旋天线的结构中，蚀刻有四条线路的聚酰亚胺薄膜缠绕在通常由 Rohacell 泡沫制成的圆柱形芯上，该圆柱芯的周长等于螺旋元件之间间距 d 的四倍，且圆柱芯的轴垂直于基线 D。其双线中的每一条通过巴伦从同轴线馈电时，都作为平衡天线工作。巴伦的作用是将等幅反相的电流从馈电同轴线分配到天线的两臂。

有三种不同的巴伦设计可用于顶部馈电的自相控四臂螺旋天线，分别是折叠巴伦、裂鞘巴伦和无限巴伦。折叠巴伦和裂鞘巴伦均由沿双线轴线安装的同轴线缆从中心馈电。

此外，Shumaker 等人设计了一种新型印刷半波长四臂螺旋天线，采用无限微带巴伦馈电。这种设计无需传统的折叠或裂鞘巴伦，减小了天线的物理尺寸和重量，便于大规模生产。实验表明，该天线的 3 - dB 带宽超过 145°，前后比达到 20 dB，相比之前使用传统同轴巴伦馈电的四臂螺旋天线有了重大改进。

1.2 外相控四臂螺旋天线

外相控四臂螺旋天线的四个天线臂通过外部宽带相移网络从天线底部馈电，该相移网络相对于接地平面馈电。典型的相移网络由 180°混合环耦合器和两个 90°分支线耦合器组成。180°混合环耦合器提供两个等幅但相位分别为 0°和 180°的输出，每个输出再连接到 90°分支线耦合器的输入，以提供两个等幅但相位差为 90°的输出。馈电网络为四个臂提供等幅且相位分别为 0°、 - 90°、 - 180°和 - 270°的信号，从而在缠绕方向上产生右旋圆极化（RHCP）端射辐射。

外相控