CN101060203A - 一种改进的双频圆极化高增益层叠微带天线的设计方法 - Google Patents
一种改进的双频圆极化高增益层叠微带天线的设计方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种改进的双频圆极化高增益层叠微带天线的设计方法，该天线采用层叠结构实现微带天线的双频段辐射，具有较高的低仰角增益和较好的轴比性能。上下两层微带天线均采用双探针馈电技术及圆盘形介质板，保证天线具有良好的圆极化轴比带宽和低仰角。上层天线辐射体周围覆盖斜坡式介质材料，其直径大于上层天线介质基板，同时上层天线介质基板直径大于下层天线，从而提高了轴比性能和整个双频天线的低仰角性能。本发明不仅很好地实现了双频和圆极化辐射，同时具备较好的辐射性能，可用于高性能卫星导航***接收机，同时，满足车载设备对天线体积和重量的限制。
Description
技术领域
本发明涉及一款改进的双频圆极化高增益层叠微带天线的设计方法。该天线可应用于车载高性能卫星导航***接收机。
背景技术
圆极化微带天线广泛应用于卫星导航***接收机。随着卫星导航技术在社会各个领域的广泛应用，人们对GPS天线的性能提出了更高的要求：
1、宽波束及良好的低仰角性能。GPS接收机要实现高精度定位，就需要同时接收多颗卫星的导航信号，这就要求天线具备宽波束的特点。具体说来，就是在仰角大于5度的空间内都能很好地接收卫星信号。
2、高增益。采用高增益天线接收卫星信号是提高GPS接收机定位精度的有效途径。
3、圆极化。考虑到GPS卫星发射的是圆极化电磁波，因此天线应该工作在圆极化状态以达到良好的极化匹配。
4、多频点工作。为了使接收机兼容不同导航***发出的导航信号，经常要求天线能够同时接收两个或者多个频点的电磁波。
5、小型化，轻型化，结构紧凑。由于GPS接收机具有不同的应用场合，如手持设备或者车载设备，因此对天线有着严格的体积，重量限制，同时要求天线具备紧凑的空间结构。
本发明在层叠微带天线每层天线实现双探针馈电的基础上，仿真结果表明，该天线在要求的工作频点上具备良好的轴比带宽和较高的低仰角增益，可用于车载高性能卫星导航***接收机。
发明内容：
本发明所涉及的方案是针对双频圆极化辐射以及高性能卫星导航***接收机对天线的阻抗带宽，轴比带宽和低仰角增益的要求，同时又较大优于其要求。为了实现以上目标，本发明采用以下技术方案：
通过把分别工作在两个波段的微带天线层叠放置来实现双频辐射。下层天线工作在低频段，上层天线工作在高频段，并采用介电常数相同的圆盘介质材料。下层天线辐射体绕着垂直中心旋转45度。上层天线的介质板直径大于下层天线。上层天线辐射体的周围覆盖斜坡式介质材料用于提高低仰角。馈电电路板位于下层天线介质基板的下方，一侧为采用两块商业芯片的馈电电路，另外一侧为馈电网络的地板，直接接触下层天线的地板。
附图说明
图1为本发明的三维立体视图
图2为天线的正面视图
图3为天线的背面视图
图4为馈电电路地板示意图
图中：1、斜坡覆盖式介质板，2、上层天线辐射体，3、上层天线介质基板，4、下层天线辐射体，5、下层天线介质基板，6、下层天线馈电点，7、冗余过孔，8、上层天线馈电探针，9、上层天线馈电点，10、公共金属地板，11、馈电电路介质基板，12、上层天线馈电电路，13、下层天线馈电电路14、馈电电路金属地板，15、馈电电路的金属过孔
图5、仿真得到的上层天线(左)和下层天线(右)在Φ＝70°方向上的轴比。
图6、仿真得到的上层天线(左)和下层天线(右)在Φ＝70°方向上的主极化增益图。
设计步骤
参阅图1、2、3、4所示，本改进的双频圆极化天线由斜坡覆盖式介质板、上层天线、下层天线和馈电网络层叠构成。上层天线的馈电探针经过下层天线的位置处开两个过孔，为馈电探针提供通道。斜坡覆盖式介质板均匀覆盖在上层天线辐射体的周围，其直径大于上层天线介质基板，使之能够提高整个双频天线的主极化增益。上层天线的介质基板为圆盘形，其直径又大于下层天线的介质基板，同时可提高上层天线的轴比性能和整个双频天线的主极化增益。下层天线辐射体绕垂直中心旋转45度，可使其避开上层天线辐射体遮挡，从而能够得到充分辐射。
对上面所描述的模型进行统一建模仿真，设置工作频点及介质板的电参数，优化辐射体的尺寸和馈电点的位置，使之工作在所需要的频点。
Claims (4)
1、一种改进的双频圆极化高增益层叠微带天线的设计方法，其特征在于，天线由上层天线周围覆盖的斜坡式介质材料结构、上下两层微带天线和置于最底层的馈电网络构成。其中覆盖的斜坡式介质材料与上层天线为一体，每层天线包括介质基板，地板和辐射体三部分。馈电网络专门为两块商业芯片设计使用。
2、如权利要求1所述的改进的双频圆极化高增益层叠微带天线的设计方法，其特征在于，上层天线辐射体的周围覆盖斜坡式介质材料结构。
3、如权利要求1所述的改进的双频圆极化高增益层叠微带天线的设计方法，其特征在于，覆盖的介质材料直径大于上层天线介质基板直径结构。
4、如权利要求1所述的改进的双频圆极化高增益层叠微带天线的设计方法，其特征在于，上层天线介质基板的直径大于下层天线介质板结构。
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