[發(fā)明專利]一種小型化寬波束微帶天線

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310675602.2
• 申請(qǐng)日: 2013-12-12
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103682651A
• 公開(kāi)（公告）日: 2014-03-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 徐云學(xué);龔書(shū)喜;劉英;張鵬飛
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西安電子科技大學(xué)昆山創(chuàng)新研究院
• 主分類號(hào): H01Q13/08
• 分類號(hào): H01Q13/08;H01Q1/38;H01Q19/00;H01Q19/02
• 代理公司: 北京科億知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11350
• 代理人: 湯東鳳

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及天線技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種小型化、寬波束的高性能導(dǎo)航天線設(shè)計(jì)，主要用于衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)地面用戶機(jī)設(shè)備等。

背景技術(shù)

衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)具有受晝夜、季節(jié)、氣象條件等外界條件影響限制較小，導(dǎo)航定位精度高，定位速度快，可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。衛(wèi)星導(dǎo)航定位技術(shù)已基本取代傳統(tǒng)無(wú)線電導(dǎo)航技術(shù)，與移動(dòng)通訊、互聯(lián)網(wǎng)一起成為當(dāng)前全球發(fā)展最快的三大信息產(chǎn)業(yè)。現(xiàn)階段主要的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)有美國(guó)的GPS系統(tǒng)，俄羅斯的GLONASS系統(tǒng)，歐洲的GALILEO系統(tǒng)，中國(guó)北斗系統(tǒng)等。

天線是衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)的應(yīng)用設(shè)備最關(guān)鍵的部件之一，終端導(dǎo)航設(shè)備在工作時(shí)，需要通過(guò)天線來(lái)接收多顆衛(wèi)星的導(dǎo)航信號(hào)，并通過(guò)軟件解算才能完成定位、導(dǎo)航功能。而一般衛(wèi)星信號(hào)到達(dá)的地面時(shí)信號(hào)很弱，為了能夠接收到更多的衛(wèi)星的信號(hào)，同時(shí)獲得更好的信噪比，要求終端天線波束覆蓋整個(gè)上半空間，并且對(duì)衛(wèi)星信號(hào)具有均勻的幅度響應(yīng)，即其方向圖具有寬波束特性。

常見(jiàn)的寬波束圓極化天線形式主要有微帶天線、十字交叉對(duì)稱振子天線、雙臂及四臂螺旋天線等。微帶天線是帶有金屬接地板的介質(zhì)基片上貼加導(dǎo)體薄片而形成的天線。常見(jiàn)的微帶天線實(shí)現(xiàn)圓極化的方法分別是單饋法、多饋法以及多元法。微帶天線具有剖面低，易于集成和共形，重量輕，易于實(shí)現(xiàn)圓極化及雙極、雙頻或多頻工作等特點(diǎn)，在手持型、車載型等終端設(shè)備中取得了廣泛的應(yīng)用。

為進(jìn)一步展寬微帶天線的波束寬度，Ka?Ming?Mak、Kwai?Man?Luk等人在文獻(xiàn)“A?Circularly?Polarized?Antenna?With?Wide?Axial?Ratio?Beam?width”（IEEE?TRANSACTIONS?ON?ANTENNAS?AND?PROPAGATION,VOL.57,NO.10,2009,pp.3309-3312）利用兩個(gè)蝴蝶狀的貼片構(gòu)成的對(duì)稱振子，并結(jié)合Wilkinson功分器等幅90°相位差饋電，設(shè)計(jì)出了寬波束的圓極化天線。

另一方面，C.-W.Su,S.-K.Huang和C.-H.Lee等人在文獻(xiàn)“CP?microstrip?antenna?with?wide?beamwidth?for?GPS?band?application”（ELECTRONICS?LETTERS,Vol.43,No.20,2007,pp.）中在微帶天線的邊緣加金屬墻結(jié)構(gòu)，并利用臺(tái)錐結(jié)構(gòu)的地板實(shí)現(xiàn)了寬波束圓極化天線。

但是上述提出的寬波束的圓極化微帶天線及十字交叉振子天線及四臂螺旋天線等寬波束圓極化天線，結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜并且體積大，不利于設(shè)備的小型化。

發(fā)明內(nèi)容

鑒于現(xiàn)有技術(shù)不足，本發(fā)明的目的在于解決典型圓極化微帶天線低仰角圓極化增益低的問(wèn)題，提出了一種小型化、低剖面的圓極化微帶天線，在改善輻射特性的同時(shí)減小天線的結(jié)構(gòu)體積，從而改善衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的終端用戶機(jī)設(shè)備的性能，并有利于實(shí)現(xiàn)設(shè)備的小型化。

需要說(shuō)明的是，矩形微帶天線由介質(zhì)基片上面的輻射貼片和介質(zhì)基片的背面為導(dǎo)體接地板構(gòu)成的天線。微帶天線的輻射是由微帶天線導(dǎo)體貼片邊緣和地面之間的邊緣場(chǎng)產(chǎn)生。微帶天線具有低剖面、體積小、易于加工等優(yōu)點(diǎn)，微帶天線用于實(shí)現(xiàn)圓極化和多頻段等應(yīng)用越來(lái)越廣泛。微帶天線產(chǎn)生圓極化的關(guān)鍵是產(chǎn)生兩個(gè)極化方向正交、幅度相等、相位相差90°的線極化波。可利用微帶貼片形狀微擾、縫隙加載、多饋電組合等技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)天線的圓極化。

但對(duì)于北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)地面應(yīng)用設(shè)備所用的導(dǎo)航天線，經(jīng)典的微帶天線不但頻帶窄，波束寬度仍不能滿足要求，需進(jìn)一步展寬波束寬度。

因此，本發(fā)明提出的天線利用經(jīng)典圓極化微帶天線產(chǎn)生圓極化波，并在天線上面覆蓋一個(gè)介質(zhì)錐臺(tái)，利用特殊的介質(zhì)結(jié)構(gòu)展寬天線的波束寬度。而且，為了進(jìn)一步展寬了天線的波束寬度，在此基礎(chǔ)上在介質(zhì)錐臺(tái)內(nèi)部嵌入了若干金屬圓柱。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

一種小型化寬波束圓極化天線，所述圓極化天線包括微帶貼片天線、介質(zhì)錐臺(tái)和金屬圓柱，所述介質(zhì)錐臺(tái)設(shè)置于所述微帶貼片天線上表面。

需要說(shuō)明的是，所述微帶貼片天線包括介質(zhì)基板、輻射貼片、地板和同軸射頻連接器，所述地板設(shè)置于所述介質(zhì)基板下表面；所述輻射貼片設(shè)置于所述介質(zhì)基本上表面，并位于所述介質(zhì)錐臺(tái)之內(nèi)；所述同軸射頻連接器的芯線穿過(guò)所述介質(zhì)基板與所述輻射貼片焊接，且所述同軸射頻連接器的外皮與所述地板焊接。

需要進(jìn)一步說(shuō)明的是，所述介質(zhì)錐臺(tái)底部中心與所述輻射貼片中心重合設(shè)置。

需要進(jìn)一步說(shuō)明的是，所述介質(zhì)錐臺(tái)中設(shè)有若干金屬圓柱。