[發明專利]一種提高低仰角增益的環形衛星導航天線及其制備方法

無效

• 申請號: 200710121114.1
• 申請日: 2007-08-30
• 公開（公告）號: CN101136503A
• 公開（公告）日: 2008-03-05
• 發明（設計）人: 呂善偉;張英鋒;張巖;趙曉紀
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: H01Q1/38
• 分類號: H01Q1/38;H01Q13/08;H01Q1/00;H01P5/12;H05K3/02
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司
• 代理人: 賈玉忠;盧紀

技術領域

本發明涉及一種衛星導航天線，特別是一種提高低仰角增益的環形衛星導航天線及其制備方法。

背景技術

隨著衛星導航、定位技術的蓬勃發展，各國紛紛開發自己的全球衛星導航系統，同時，越來越多的衛星導航終端設備進入到國防、民用以及大家的日常生活、工作當中，人們對于衛星導航系統的穩定性、可靠性提出更高的要求，為此，設計一種能同時接收多個衛星導航信號，提供連續穩定衛星導航信號的天線系統，已成為一個技術熱點。

衛星導航終端至少由接收機和天線所組成，天線的主要功能是用于接收導航信號，因此天線設計對于導航系統的質量尤其重要。如今的天線設計，不僅要滿足用戶對接收衛星導航信號質量的要求，還要符合導航終端體積小型化的要求，因此天線盡可能占用較小的空間體積，同時保證較好的天線性能。

一般而言，目前應用在衛星導航終端中的天線形式主要有：螺旋天線，平板印刷天線、縫隙天線。螺旋天線具有較好的圓極化性能，但空間體積較大，不易內置、不易與載體共形。縫隙天線由于導體表面的不連續性，產生較強的高次模輻射，低仰角圓極化效果不令人滿意，饋電方式不易實現。平板印刷天線具有平面化，結構簡單，占用空間小，設計加工容易等特點，近年來被大量應用于多種無線通信終端當中。但是，采用常規的設計方式，平板天線的阻抗帶寬和圓極化帶寬都較窄，低仰角增益也很難滿足衛星導航接收機的要求。為了保證衛星導航天線具有較小的體積，易于和載體共形、內置的優點，本發明在平板天線的基礎上，改進設計思路和方法，設計出一種全新的衛星導航天線。

發明內容

本發明的主要目的是提供一種提高低仰角增益的環形衛星導航天線及其制備方法，該天線具有較高的低仰角增益，較寬的帶寬，工作于1.559GHz/1.561GHz/1.575GHz頻帶，可適用于GPS/GALLEO/BD2三個衛星導航系統的導航終端中。

本發明的次要目的是提供一種結構簡單，占用空間小，且可以低成本制造的天線。

本發明的技術解決方案：一種提高低仰角增益的環形衛星導航天線，其特點在于至少包括：微波基板，環形貼片天線、四根金屬短路針、中空金屬短路圓柱、四等分功分器、四個饋電探針，微波基板具有第一表面和第二表面，環形貼片環形天線位于該微波基板的第一表面上，四根短路針對稱地安放在環形天線內環的邊緣，穿透微波基板，將環形貼片天線與微波基板的第二表面連接起來，或用中空金屬短路圓柱安放在環形天線內環的邊緣，將環形貼片天線與微波基板的第二表面連接起來；四個饋電探針對稱地安放在饋電位置，上端接觸環形貼片天線，穿過微波基板后，下端分別連接四等分功分器的四個輸出端。

四等分功分器采用環形分支耦合器與矩形分支耦合器混合結構，即環形分支耦合器的每個輸出端口分別連接一個矩形分支耦合器，連接環形分支耦合器與矩形分支耦合器的線長相差四分之一波長，連接線刻蝕在雙面微波基板上。環形分支耦合器的兩輸出端口距離輸入端分別是四分之一波長，或二分之一波長；矩形分支耦合器的邊長是四分之一波長。環形分支耦合器和矩形分支耦合器的邊寬分別對應特性阻抗75或35歐姆。

制備上述天線的方法，包括步驟如下：

(1)在一雙面微波覆銅基板的其中一面上，獲得所要求的一金屬圓環，該圓環就是天線的主要輻射體，保留雙面覆銅板的另一面作為天線的地板；

(2)將金屬圓環的內圓邊界對應的微波覆銅板基板的介質切除，減小高次模的輻射，改善圓極化性能，并在金屬圓環的內圓邊緣對稱放置四根金屬短路探針，保證探針將金屬圓環和金屬地板連接起來，或者用一中空的金屬圓柱將金屬圓環和金屬地板連接起來，在展寬阻抗帶寬和圓極化帶寬，并壓制高次模的輻射；

(3)減小天線地板的尺寸，保證天線地板的尺寸處于金屬圓環的外圓邊界和微波覆銅板的基板邊界之間，向外延長介質基板的尺寸，并滿足設計要求，以增強天線的水平輻射強度，提高低仰角增益；

(4)根據設計優化，將四根饋電探針安裝在金屬圓環靠近外邊界的相應位置，連接探針和四等分功分器，以獲得較好的圓極化性能。

本發明與現有技術相比的優點在于：由于本發明的結構及特有的去除基板中間介質技術、地板內縮技術、短路技術，減小了高次模的影響，提高了低仰角增益和頻帶寬度，獲得了較好的圓極化效果。此外，本發明制作在微波基板上，依靠現有的先進的照相、光刻技術可以組織批量加工生產，保證了天線的質量，降低了天線成本。本發明可用于車載、機載和艦載衛星導航接收機上，具有極高的產業應用價值。

附圖說明

圖1為本發明的俯視圖；

圖2為本發明的主視圖；