[發(fā)明專利]寬頻帶、小型化、寬波束多模衛(wèi)星導(dǎo)航天線

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310738702.5
• 申請(qǐng)日: 2013-12-25
• 公開（公告）號(hào): CN103840269A
• 公開（公告）日: 2014-06-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 孫超;鄭會(huì)利;栗曦;丁昱智
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西安電子科技大學(xué)
• 主分類號(hào): H01Q9/30
• 分類號(hào): H01Q9/30
• 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)明屬于衛(wèi)星導(dǎo)航領(lǐng)域，涉及一種多模衛(wèi)星導(dǎo)航天線，尤其是一種寬頻帶、小型化、寬波束多模衛(wèi)星導(dǎo)航天線。?

背景技術(shù)：

隨著衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)的快速發(fā)展，許多國(guó)家都建立了自己的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，比如美國(guó)的GPS，俄羅斯的GLONASS，均已廣泛應(yīng)用。歐洲的Galileo和中國(guó)的北斗Compass也已開通服務(wù)，未來(lái)的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)為了解決單一系統(tǒng)覆蓋盲區(qū)的問(wèn)題，將會(huì)采用多種衛(wèi)星導(dǎo)航體質(zhì)兼容的模式。采用這種模式的系統(tǒng)被稱為全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（GlobalNavigationSatelliteSystem，GNSS）。天線作為衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)至關(guān)重要的組成部分，其直接對(duì)導(dǎo)航系統(tǒng)的性能起著決定性作用。因此，寬帶多模導(dǎo)航天線(GNSS天線)成為了研究熱點(diǎn)。與此同時(shí)，衛(wèi)星導(dǎo)航也存在著致命弱點(diǎn)——易受干擾，所以近些年導(dǎo)航自適應(yīng)陣列天線因其抗干擾能力也得到了很大的關(guān)注，導(dǎo)航自適應(yīng)陣列天線采用陣列天線的形式，并通過(guò)自適應(yīng)抗干擾算法控制天線陣列權(quán)值，使其方向圖在干擾來(lái)向產(chǎn)生零陷，以此加強(qiáng)導(dǎo)航接收信號(hào)信噪比，達(dá)到抗干擾效果。但是在實(shí)際工程當(dāng)中得到的結(jié)果和MATLAB仿真結(jié)果有較大差別，這主要是因?yàn)閮商煸颍?、在自適應(yīng)抗干擾算法MATLAB仿真中，天線陣列單元被假設(shè)為理想全向點(diǎn)源，陣列單元大小被忽略，實(shí)際的天線單元總有一定的體積，它們并不能被假設(shè)成理想點(diǎn)源。2、天線單元之間存在較大互耦使得方向圖和天線端口出現(xiàn)誤差。因此在目前技術(shù)水平下，減小單元尺寸變成了一種有效的解決方法，這種設(shè)計(jì)可以大大減小天線陣列的設(shè)計(jì)難度，使天線單元更接近理想點(diǎn)源，并減小天線單元間的互耦，使實(shí)際工程當(dāng)中自適應(yīng)陣列發(fā)揮其應(yīng)有的抗干擾性能。因此本專利旨在設(shè)計(jì)一種小型化的全頻帶衛(wèi)星導(dǎo)航（GNSS）天線單元。?

目前在所發(fā)表的文獻(xiàn)中GNSS天線多使用的是多饋圓極化微帶天線的形式，多饋圓極化天線指的是采用移相器或者功分器作為饋電網(wǎng)絡(luò)，使得能量由一個(gè)端口輸入經(jīng)過(guò)饋電網(wǎng)絡(luò)后變成四個(gè)等幅90度相差的輸出，從而實(shí)現(xiàn)圓極化電磁波輻射。采用這種形式主要有兩點(diǎn)原因，首先，多饋形式的圓極化天線相比單饋圓極化天線能獲得和阻抗帶寬相當(dāng)?shù)妮^大的圓極化軸比帶寬；其次，微帶天線雖然?阻抗帶寬較窄，但是非常容易實(shí)現(xiàn)小型化，并且通過(guò)增加天線高度的方法可以對(duì)帶寬進(jìn)行補(bǔ)償。雖然相比其他形式的GNSS天線（交叉對(duì)稱陣子、四臂螺旋天線）多饋圓極化微帶天線尺寸已經(jīng)有所減小，但是相對(duì)于陣列的使用尺寸依然偏大，例如文獻(xiàn)[1、Z.B.Wang,S.J.Fang,Dual-BandProbe-FedStackedPatch?AntennaforGNSSApplications,IEEEAntennasWirelessPropag.Lett.,vol.8,pp.100–103,2009.]中提出的多饋圓極化微帶GNSS天線，尺寸達(dá)到了100mm*100mm，文獻(xiàn)[2、X.Li,L.Yang,NovelDesignofBroadbandStrip?LinesFedPatchAntennaforGNSSApplication,MicrowaveOptTechnolLett55(2013),2062–2066.]提出了一種小型化的GNSS天線，天線尺寸減小到了80mm*80mm，但是此天線為了獲得足夠的帶寬和小型化，采用了非常厚（30mm）的fr4材料作為介質(zhì)基片，這使得天線高度過(guò)高重量過(guò)大，除此之外非常高的天線總高度還導(dǎo)致了嚴(yán)重的表面波，這會(huì)加劇天線陣列之間的互耦從而影響自適應(yīng)陣列天線的性能。所以綜上所述，目前現(xiàn)有的以單一使用為目的的GNSS天線均不能滿足陣列使用的要求。?

發(fā)明內(nèi)容：

本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有GNSS天線存在的尺寸過(guò)大、介質(zhì)過(guò)厚、重量過(guò)重、不能使用于陣列等問(wèn)題，提供一種新型寬帶耦合短路墻加載小型化方法并將此方法應(yīng)用于GNSS天線，提出了一種尺寸更小、重量輕，成本低，低剖面、并且各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)（帶寬、軸比帶寬、寬角軸比）均滿足要求的目前為止尺寸最小的GNSS天線。?

本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)解決的：?

一種寬頻帶、小型化、寬波束多模衛(wèi)星導(dǎo)航天線，包括微帶天線饋電網(wǎng)絡(luò)、位于微帶天線饋電網(wǎng)絡(luò)上方的貼片層，在微帶天線饋電網(wǎng)絡(luò)和貼片層之間設(shè)置有短路結(jié)構(gòu)。?

所述饋電網(wǎng)絡(luò)采用上下兩層印刷版的帶線的形式，使用三個(gè)傳統(tǒng)威爾金森功分器加四分之一波長(zhǎng)帶狀線實(shí)現(xiàn)四個(gè)等幅90度相差輸出。?