CN103794846B - 一种双频圆极化北斗天线 - Google Patents
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Abstract
本发明属于通信技术领域，具体为一种双频圆极化北斗天线。该天线包括一个起支撑作用的介质板，一个馈电端口；介质板正面有：环型地面，第一环型贴片，第二环型贴，第一缝隙和第二缝隙；第一缝隙及第二缝隙分别位于第一环型贴片及第二环型贴片上。介质板反面有：微带传输线。本发明采用增寄生单元和在辐射单元上开缝隙的方式实现北斗天线双频圆极化的特性。
Description
技术领域
本发明属于通信技术领域，具体涉及一种双频圆极化北斗天线。
背景技术
北斗卫星导航***是我国自主研发的全球卫星定位与通信***。和美国GPS、俄罗斯格罗纳斯、欧盟伽利略***并称为全球四大卫星导航***。目前，***已将这4个***一起确认为全球卫星导航***核心供应商。它改变了我国长期缺少高精度、实时定位手段的局面，打破了美国和俄罗斯在这一领域的垄断地位，可为我国陆地、海洋、空中和空间的各类军事和民用提供多种业务保障，尤其对提高我国国防现代化有着重要的意义。随着北斗卫星导航***的广泛应用，对北斗终端天线的研究也愈加广泛和深入。由于卫星导航信号为了方便传播和接收采用圆极化波，终端天线也均为圆极化工作方式。在常见的圆极化天线中，微带天线由于结构简单，体积重量小，易于加工和良好的电性能等特点广泛应用于卫星终端领域。
随着卫星通信的发展，对微带天线小型化，多频圆极化的性能要求越来越高，经对现有技术的文献检索发现，F.Ferrero等人在2005年6月于IEEEAntennasandWirelessPropagationLetters(天线与无线传播快报）第四卷上发表了“Dual-bandcircularlypolarizedmicrostripantennaforsatelliteapplications（基于卫星应用的双频带圆极化微带天线）”，文中实现了双频带圆极化的微带天线设计。但是该文献中的天线通过馈电网络进行馈电，设计较为复杂。检索中还发现，2005年8月，R.Shavit等人在IEEProceedings,Microwaves,AntennasandPropagation（微波天线与传播）第152卷第4期上发表了“Dualfrequencycircularlypolarizedmicrostripantenna（双频圆极化微带天线）”，文中实现了双频圆极化天线性能，但是该文的天线结构为复杂的多层结构，对制作工艺要求较高。
发明内容
本发明目的在于克服现有技术中存在的不足和缺陷，提供一种双频圆极化北斗天线，使其具有结构简单，易于加工，性能可靠等优点。
本发明提供的双频圆极化北斗天线，覆盖了1615.68M±7MHz和2491.75M±15MHz的北斗通信频段，实现了在高频段右旋圆极化，及低频段左旋圆极化的性能，双频带3dB轴比带宽均大于3%。其结构主要是由带缝隙的环型贴片组成，通过微带传输线耦合馈电。具体来说，本发明提供的双频圆极化北斗天线，其结构如图1、图2所示，包括一个起支撑作用的介质板1，一个激励端口8，所述介质板1的正面有：环型地面2、第一环型贴片3、第二环型贴片4、第一缝隙5、第二缝隙6；介质板的反面有：微带传输线7；其中：
激励端口8和微带传输线7的一端相接；第一环型贴片3位于环型地面2内部，第二环型贴片4位于第一环型贴3内部；第一缝隙5位于第一环型贴片3上，第二缝隙6位于第二环型贴片4上。
本发明中，所述的环型地面2，第一环型贴片3，它们组成缝隙天线结构，用以实现相对较宽频带的阻抗匹配。
本发明中，所述的环型地面2，第一环型贴片3，第一缝隙5，它们用以实现天线结构的不对称，激励出两种工作模式不同的正交场，产生了左旋圆极化的特性。
本发明中，所述的第二环型贴片4，第二缝隙6，它们是位于第一环型贴片3和第一缝隙5内部的寄生单元，用以实现右旋圆极化的特性。
本发明中，所述的环型地面2、第一环型贴片3、第二环型贴片4、微带传输线7均为导体。
本发明中，所述的第一缝隙5、第二缝隙6分别是在第一环型贴片3和第二环型贴片4上刻蚀去相应的缝隙形状，而形成的空气单元结构。
本发明中，所述的微带传输线7是50均匀传输线。
本发明中，所述的介质板1，其介电常数为4.4，厚度为1.6mm。
本发明中，第一环型贴片内外径（即环宽），第二环型贴片的内外径（即环宽），以及第一缝隙宽度和第二缝隙宽度等，根据天线整体尺寸确定。作为一个例子，所述的第一环型贴片的内外径分别为16mm、24mm，第二环型贴片的内外径分别为8mm、14mm,第一缝隙和第二缝隙宽度均为0.5mm，天线整体尺寸半径为40mm。
本发明采用了平面微带缝隙天线结构，通过在环型贴片上开槽的非对称结构，产生两个相互正交的电场，产生圆极化。通过增加耦合单元实现了双频圆极化特性。理论上通过调节环型贴片的大小即可改变谐振频率，调节环型贴片上的缝隙位置即可改变圆极化的性能。该结构与常见的多层结构，复杂馈电网络设计相比，有利于减小尺寸，结构简单，易于加工，仅需要通过一根微带线的实现耦合馈电。
附图说明
图1为本发明双频圆极化北斗天线总体的结构示意图。
图2为本发明双频圆极化北斗天线的正面结构示意图。
图3为本发明双频圆极化北斗天线的反面结构示意图。
图4为本发明双频圆极化北斗天线的回波损耗特性示意图。
图5为本发明双频圆极化北斗天线低频段轴比示意图。
图6为本发明双频圆极化北斗天线高频段轴比示意图。
图7为本发明双频圆极化北斗天线低频辐射特性示意图。
图8为本发明双频圆极化北斗天线高频辐射特性示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
如图1所示，本实施例包括：包括一个起支撑作用的介质板1，一个激励端口8
如图2所示，所述介质板1的正面有：环型地面2、第一环型贴片3、第二环型贴片4、第一缝隙5、第二缝隙6；
如图3所示介质板的反面有：微带传输线7；
激励端口8和微带传输线7的一端相接；第一环型贴片3位于环型地面2内部，第二环型贴片4位于第一环型贴3内部；第一缝隙5位于第一环型贴片3上，第二缝隙6位于第二环型贴片4上。
本实施例所述的环型地面2，第一环型贴片3，它们组成了缝隙天线结构，可实现相对较宽频带的阻抗匹配。
本实施例所述的环型地面2，第一环型贴片3，第一缝隙5，它们实现了天线结构的不对称，激励出两种工作模式不同的正交场，产生了左旋圆极化的特性。
本实施例所述的第二环型贴片4，第二缝隙6，它们是位于第一环型贴片3和第一缝隙5内部的寄生单元，实现了右旋圆极化的特性。
本实施例所述的环型地面2、第一环型贴片3、第二环型贴片4微带传输线7均为导体。
本实施例所述的第一缝隙5、第二缝隙6分别是在第一环型贴片3和第二环型贴片4上刻蚀去相应的缝隙形状，而形成的空气单元结构。
本实施例所述的微带传输线7是50均匀传输线。
本实施例所述的介质板1，其介电常数为4.4，厚度为1.6mm。
如图4所示,本实施例的回波损耗特性。其中横坐标代表频率变量，单位为GHz；纵坐标代表幅度变量，单位为dB。本发明的一种双频圆极化北斗天线的-10dB阻抗匹配通带在高频段和低频段分别为5.6%和12.2%。
如图5和图6所示，本实例的轴比特性。其中横坐标代表频率变量，单位为GHz；纵坐标代表幅度变量，单位为dB。本发明的一种双频圆极化北斗天线的3dB轴比带宽在高频段和低频段均高于3%。
如图7和图8所示，本实例的辐射特性。天线在1615.68MHz和2491.75MHz的最大增益分别为3.6dBi和3.9dBi。
Claims (5)
1.一种双频圆极化北斗天线，包括一个起支撑作用的介质板（1），一个激励端口（8），其特征在于，所述介质板（1）的正面有：环型地面（2）、第一环型贴片（3）、第二环型贴片（4）、第一缝隙（5）、第二缝隙（6）；介质板的反面有：微带传输线（7）；其中：
激励端口（8）和微带传输线（7）的一端相接；第一环型贴片（3）位于环型地面（2）内部，第二环型贴片（4）位于第一环型贴片（3）内部；第一缝隙（5）位于第一环型贴片（3）上，第二缝隙（6）位于第二环型贴片（4）上；
所述的环型地面（2），第一环型贴片（3），组成缝隙天线结构，用以实现相对较宽带宽的阻抗匹配；
所述的环型地面（2），第一环型贴片（3），第一缝隙（5），用以实现天线结构的不对称，激励出两种工作模式不同的正交场，产生了左旋圆极化的特性；
所述的第二环型贴片（4），第二缝隙（6），是位于第一环型贴片（3）和第一缝隙（5）内部的寄生单元，用以实现右旋圆极化的特性；
所述的第一缝隙（5）、第二缝隙（6）分别是在第一环型贴片（3）和第二环型贴片（4）上刻蚀去相应的缝隙形状，而形成的空气单元结构。
2.如权利要求1所述的双频圆极化北斗天线，其特征在于，所述的环型地面（2）、第一环型贴片（3）、第二环型贴片（4）、微带传输线（7）均为导体。
3.如权利要求1所述的双频圆极化北斗天线，其特征在于，所述的微带传输线（7）是50均匀传输线。
4.如权利要求1所述的双频圆极化北斗天线，其特征在于,所述的第一环型贴片的内外径分别为16mm、24mm，所述的第二环型贴片的内外径分别为8mm、14mm，第一缝隙和第二缝隙宽度均为0.5mm。
5.如权利要求1所述的双频圆极化北斗天线，其特征在于，所述的介质板（1），其介电常数为4.4，厚度为1.6mm。
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