[發(fā)明專利]多頻圓極化層疊式微帶天線

無效

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• 申請日: 2012-11-28
• 公開（公告）號: CN103022731A
• 公開（公告）日: 2013-04-03
• 發(fā)明（設計）人: 陳曉東;俞俊生;姚遠
• 申請（專利權）人: 北京中歐美經濟技術發(fā)展中心
• 主分類號: H01Q21/30
• 分類號: H01Q21/30;H01Q1/38;H01Q9/04;H01Q13/08
• 代理公司: 北京德琦知識產權代理有限公司 11018
• 代理人: 夏憲富

技術領域

本發(fā)明涉及一種無源微波傳輸器件，確切地說，涉及一種多頻圓極化層疊式微帶天線，屬于微波傳輸技術領域。

背景技術

近年來，GPS的L1（1575.42MHz）、L2（1227.6MHz）和L5（1176.45MHz）頻段逐漸開放，中國北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)（CNSS）也處于不斷成熟之中。目前已經開放的北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)的上行L頻段為1610~1626.5MHz，下行S頻段為2483.5~2500MHz。隨著衛(wèi)星導航定位需求的增加，衛(wèi)星定位導航系統(tǒng)可能需要工作于多個頻段，并且，由于需要GPS和CNSS兩個系統(tǒng)兼容工作，以便能夠實現(xiàn)兩個導航系統(tǒng)的優(yōu)劣互補，使衛(wèi)星導航應用更加成熟、全面。這些需求都要求無線接收機的天線必須工作在圓極化和多頻段。

微帶天線因其具有尺寸小、成本低、易加工等特點，在衛(wèi)星通信及衛(wèi)星導航領域都得到了廣泛使用。微帶天線大都采用高介電常數(shù)的介質，具有帶寬較寬、良好的廣角圓極化特性。由于導航衛(wèi)星是發(fā)射右旋圓極化的導航信號，故要求導航終端的天線在各工作頻段上應具有良好的右旋圓極化特性。

但是，現(xiàn)有的微帶天線存在下述缺陷：或不能實現(xiàn)多頻的特性，或雖然可以工作于多個頻點，但其需要多個饋電接口；這樣就需要相應的耦合器或移相網絡等電路，使得天線的結構復雜，不利于實現(xiàn)小型化和微型化。

發(fā)明內容

有鑒于此，本發(fā)明的目的是提供一種適用于衛(wèi)星信號接收的多頻圓極化層疊式微帶天線，該天線只需一個端口饋電接口就能接收多個頻段衛(wèi)星信號，且不需使用功分器、耦合器和移相網絡等電路，從而使得發(fā)射接收電路比較簡單，容易安裝；同時還具有尺寸小、波束寬度大等優(yōu)點。

為了達到上述目的，本發(fā)明提供了一種多頻圓極化層疊式微帶天線，其特征在于：所述天線是采用多層金屬片與位于每兩層金屬片之間的介質板疊堆在一起而構成的多個圓極化的微帶天線：通過同軸線內導體和外導體分別與上層金屬片和接地板相連接進行饋電，并利用上層金屬片與下層金屬片之間的電磁耦合方式對位于其中間層的金屬片進行饋電，藉此架構組成多個圓極化的微帶天線：頂層金屬片、頂層介質板和第二層的金屬片形成一個工作于最高頻率的微帶天線，第二層金屬片、第二層介質板和第三層金屬片形成工作于次高頻點的微帶天線；直至底層金屬片、底層介質板與接地板形成工作于最低頻點的微帶天線；且各層金屬片與介質板的參數(shù)設計采用微帶天線的傳統(tǒng)方法，該天線的各個工作頻率相對獨立，能夠實現(xiàn)任意多頻點的組合。

所述天線在各個頻段內的輻射特性和諧振特性分別取決于相應位置的上層金屬片和介質板的電參數(shù)。

所述天線的金屬片和介質板為矩形或正方形，且后者居多。

所述天線的介質板的選擇相對固定，供選擇的不同介電常數(shù)材料包括：2.65、3.48、4.4或9.8多種；故該天線的參數(shù)與性能的設計關鍵是各層金屬片。

在設定介質材料后，所述天線的諧振頻率決定于金屬片的尺寸；正方形金屬片的諧振頻率與其邊長之間的對應關系為：諧振頻率其中，c為真空中的光速，L為正方形微帶天線的長度，ε_r為介質材料為r的相對介電常數(shù)。

所述天線的饋電位置決定了該天線在諧振時的輸入阻抗：由空腔模型獲知矩形金屬片的TM01模式的輸入阻抗R₀₁的計算公式為:其中，L和W分別為矩形金屬片的長度和寬度，h為介質板高度，Q為天線的品質因數(shù)，λ₀為真空中電磁波的波長，ε_r為介質材料為r的相對介電常數(shù)，d為饋電位置與矩形金屬片邊緣的距離。

根據微帶天線的空腔模型理論，所述天線引入簡并模分離單元能夠實現(xiàn)圓極化特性，且根據饋電位置的不同有兩種分離方式：位于金屬片的中軸線上，或位于金屬片的對角線上。

所述天線的金屬片開設槽孔，能夠減小天線尺寸，提高極化純度和增加帶寬；且槽孔的形狀包括矩形、U型或T型的多種，形狀、尺寸與位置合適的槽孔的天線性能與效果更理想。

本發(fā)明多頻圓極化層疊式微帶天線的優(yōu)點是：結構簡單、緊湊，制造成本低廉，容易實現(xiàn)。該天線只需一個端口饋電接口就能接收多個頻段衛(wèi)星信號，且不需使用功分器、耦合器和移相網絡等電路，從而使得發(fā)射接收電路比較簡單，容易安裝；同時還具有尺寸小、波束寬度大等優(yōu)點。因此，該天線具有很好的推廣應用前景。

附圖說明

圖1是本發(fā)明多頻圓極化層疊式微帶天線結構組成示意圖。

圖2（A）、（B）分別是A型和B型分離方式的各自4種常用的實現(xiàn)圓極化示意圖。