[發明專利]一種基于扇形周期高阻抗表面的低剖面圓極化導航天線

在審

• 申請號: 202110099514.7
• 申請日: 2021-01-25
• 公開（公告）號: CN112928488A
• 公開（公告）日: 2021-06-08
• 發明（設計）人: 任建;楊甜;尹應增
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: H01Q15/14
• 分類號: H01Q15/14;H01Q1/36;H01Q1/50
• 代理公司: 西安吉順和知識產權代理有限公司 61238
• 代理人: 王大治

發明屬于無線通信領域，特別涉及該領域中的一種基于扇形周期高阻抗表面的低剖面圓極化導航天線，其特征是：天線包括：第一介質板、第二介質板、螺旋縫隙、扇形周期貼片陣列、微帶饋電圓環、四分之一波長阻抗匹配微帶線、端口、匹配電阻、金屬反射板、同軸線；第一介質板、第二介質板和金屬反射板依次從上到下同心圓分布，同軸線從第一介質板、第二介質板和金屬反射板的中心穿過進行連接，第一介質板的上下表面均覆銅。它以便能有效降低天線的剖面，同時具有結構緊湊適合于無線通信領域，尤其是衛星通信。

技術領域

發明屬于無線通信領域，特別涉及該領域中的一種基于扇形周期高阻抗表面的低剖面圓極化導航天線。

背景技術

全球衛星導航系統可以實時地向各類用戶提供高精度、連續的三維位置信息，速度信息和時間信息，進而完成對目標物體的導航、定位、監測與管理。而衛星導航系統性能的優劣直接受制于系統中天線的性能。目前主要的全球衛星導航系統中大多都為圓極化天線，主要形式有：十字交叉偶極子天線、微帶天線、微帶反射陣天線和螺旋天線。因為在無線通信領域特別是在衛星通信中，常利用圓極化波的特性來減小云、雨、電離層以及多徑效應等因素對電磁波傳播的干擾。相位中心作為接收或發射的參考點，它的變化會引入接收機的誤差，從而影響測量結果。因此，導航天線對相位中心穩定性的要求較高。

隨著電子科學技術的發展和人們日常生活需求的日益增長，無線通信技術得到了迅速的發展。在衛星上，通信設備的數量和種類達到了前所未有的程度。因此，在盡可能保證天線性能的前提下，低剖面是研究的必然趨勢。隨著新型電磁材料的發展，高阻抗表面的研究越來越受到重視。由于獨特的同相位反射特性，高阻抗表面被廣泛應用于低剖面天線的設計。雖然扇形周期結構的高阻抗表面已經被提出，但是對它的研究還很少，目前大部分研究仍是針對矩形周期結構的高阻抗表面。

綜上所述，現有技術存在的問題是：導航天線對相位中心穩定性的要求較高，而衛星上的空間有限。需要在保證相位中心穩定、高增益等天線性能的前提下，降低天線的剖面。

實現天線單向輻射的傳統方式是加載金屬反射板。而根據鏡像原理，只有金屬反射板與天線之間的高度為四分之一介質波長，天線才能有效輻射并獲得較好的阻抗匹配特性。這就導致天線的體積較為龐大。

發明內容

針對現有技術存在的問題，本發明提供了一種具有高增益、寬頻帶以及高穩定相位中心基于扇形周期高阻抗表面的低剖面圓極化導航天線，以便能有效降低天線的剖面，同時具有結構緊湊適合于無線通信領域，尤其是衛星通信。

本發明采用如下技術方案：一種基于扇形周期高阻抗表面的低剖面圓極化導航天線，其特征是：天線包括：第一介質板(1)、第二介質板(2)、螺旋縫隙(3)、扇形周期貼片陣列(4)、微帶饋電圓環(5)、四分之一波長阻抗匹配微帶線(6)、端口(7)、匹配電阻(8)、金屬反射板(9)、同軸線(10)；第一介質板(1)、第二介質板(2)和金屬反射板(9)依次從上到下同心圓分布，同軸線(10)從第一介質板(1)、第二介質板(2)和金屬反射板(9)的中心穿過進行連接，第一介質板(1)的上下表面均覆銅，由上表面覆銅刻蝕出微帶饋電圓環(5)和其連接的四分之一波長阻抗匹配微帶線(6)；第一介質板(1)上下表面均覆銅，其上表面為微帶饋電圓環(5)以及四分之一波長阻抗匹配微帶線(6)；第一介質板(1)刻蝕出八條螺旋縫隙(3)，下表面刻蝕出八條阿基米德螺旋縫隙(3)；第一介質板(1)上表面的微帶饋電圓環(5)的中心處連接一段SMA射頻連接器作為輸出端口(7)，微帶饋電圓環(5)的末端接匹配電阻(8)；在SMA射頻連接器作為輸出端口(7)與微帶饋電圓環(5)之間添加一段四分之一波長阻抗匹配微帶線(6)來進行阻抗匹配；第二介質板(2)的上表面是扇形周期貼片陣列(4)，金屬反射板(9)在第二介質板(2)下面相隔距離為h3，扇形周期貼片陣列(4)在第二介質板(2)的上表面覆蓋其圓周方向上具有周期性間隙的圓環。

所述的第一介質板(1)、第二介質板(2)和金屬反射板(9)之間為空氣介質構成間隔。