CN106356617A - 北斗导航***月牙圆弧分布加载双频圆极化多馈微带天线 - Google Patents

北斗导航***月牙圆弧分布加载双频圆极化多馈微带天线 Download PDF

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Abstract

北斗导航***月牙圆弧分布加载双频圆极化多馈微带天线，涉及一种微带贴片天线。设有介质基板，在介质基板上表面设有正方形辐射贴片，在正方形贴片四边中点对称设有半圆凹槽，每个半圆凹槽***各加载一个月牙枝节，四个月牙枝节旋转对称，在矩形贴片四个角落旋转对称包裹有一个月牙圆弧结构，辐射贴片边缘和角落可形成两个谐振长度不等的回路，用于实现双频特性，在介质基板下表面设有金属接地板，且在沿轴线偏离中心相同距离的四个点设圆孔，所述圆孔用于四个同轴馈电。回波损耗低、增益及辐射特性可控、相位中心稳定度高、满足圆极化以及多频特性，十分适用于北斗卫星导航***。

Description

北斗导航***月牙圆弧分布加载双频圆极化多馈微带天线
技术领域
本发明涉及一种微带贴片天线，尤其是涉及一种北斗导航***月牙圆弧分布加载双频圆极化多馈微带天线。
背景技术
北斗卫星导航***是中国自行研制的全球卫星定位与通信***，与美国GPS、俄罗斯GLONASS和欧洲GALILEO***兼容共用的全球卫星导航***，并称为全球四大卫星导航***。在2015年，中国发射了4颗新一代的北斗卫星，北斗导航服务由区域运行向全球拓展，预计到2020年可全面实现覆盖全球。北斗***共35颗卫星组网来实现服务全球，其中在地球静止轨道上有5颗，在中高度地球轨道上有30颗。北斗***共35颗卫星组网来实现服务全球，其中在地球静止轨道上有5颗，在中高度地球轨道上有30颗。北斗卫星导航***的S频段的工作频段为2491.75±4.08MHz，L频段的工作频段为1615.68±4.08MHz，B1频段的工作频段为1561.098±2.046MHz，B2频段的工作频段为1207.52±2.046MHz，B3频段的工作频段为1268.52±10.23MHz。
导航技术的不断深入研究，使得北斗卫星导航***获得飞跃式发展，在导航产业中占比不断提高，越来越多的导航产品和***都采用兼容北斗频段的技术，在2015年北斗导航***已经由亚太地区向全球拓展，后续发展潜力十分巨大。导航终端天线作为信号传递的媒介，是卫星导航***的关键部件，其性能好坏对导航信号影响特别大。如今导航设备体积越来越小，集成天线的容身之处也越来越狭窄，因此单片天线实现多频特性是非常关键的。
卫星导航***多元化，不同的导航***在各项技术上互相角逐，我国北斗卫星导航***整体水平不断提高，目前导航精度与GPS相当，在未来发展中，导航***与其它卫星导航***、各个移动通信***的兼容互用，导航精度的提高将大大推进北斗卫星导航***市场化进程。卫星天线的多频兼容、高精度定位是发展的必然趋势，如何提高天线的频带宽度、兼容其它通信频段、提高相位中心稳定度是本设计解决的关键问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种回波损耗低、增益及辐射特性可控、相位中心稳定度高的北斗导航***月牙圆弧分布加载双频圆极化多馈微带天线。
本发明设有介质基板，在介质基板上表面设有正方形辐射贴片，在正方形贴片四边中点对称设有半圆凹槽，每个半圆凹槽***各加载一个月牙枝节，四个月牙枝节旋转对称，在矩形贴片四个角落旋转对称包裹有一个月牙圆弧结构，辐射贴片边缘和角落可形成两个谐振长度不等的回路，用于实现双频特性，在介质基板下表面设有金属接地板，且在沿轴线偏离中心相同距离的四个点设圆孔，所述圆孔用于四个同轴馈电。
月牙圆弧枝节的长度及宽度的变化可以控制双频的频比。
所述介质基板可采用陶瓷基板，相对介电常数可为3～12。
所述介质基板可采用正方形介质基板，正方形介质基板的边长可为50.0～90.0mm，厚度可为1.50～3.00mm。
所述正方形辐射贴片可采用银正方形辐射贴片或铜正方形辐射贴片。
所述金属接地板可采用银接地板或铜接地板。
所述正方形辐射贴片的边长可为25.0～48.0mm，所述月牙圆弧结构的弧张角可为220～260°，外半径为2.20～3.80mm，内半径可为0.60～1.20mm。
所述矩形贴片中部的半圆凹槽直径可为2.60～5mm，所述月牙枝节的弧张角可为160°～175°，外直径可为9.00～15.0mm，内直径可为6.00～9.00mm。
所述四个馈电点距离正方形辐射贴片中心的距离可为7.00～13.0mm，所述馈电点的直径可为0.80～1.00mm，馈电点穿透基板的圆孔。
加载月牙枝节可采用逆时针或顺时针方式构成。
本发明与常规微带线相比具有以下优点：
本发明采用多馈的形式实现圆极化多频并实现圆极化带宽的展宽，使得其馈电网络对称性更好，相位中心稳定度进一步提高。引入谐振枝节加载技术以及四馈电结构来实现北斗导航***终端天线的多频及圆极化特性。通过在辐射贴片四个角落加载月牙圆弧结构，并在正方形辐射贴片的边缘中间加一个半圆凹槽，然后在凹槽内加载一个月牙枝节，由此在边缘中部和角落形成两个谐振长度不等的回路，进而实现双频特性。可以兼容北斗一代S频段和北斗二代B3频段，在S频段的工作频率为2.478～2.509GHz，绝对带宽为0.031GHz，相对带宽为1.24％，在B3频段的工作频率为1.254～1.290GHz，绝对带宽为0.036GHz，相对带宽为2.83％。此天线回波损耗低、增益及辐射特性可控、相位中心稳定度高、满足圆极化以及多频特性，十分适用于北斗卫星导航***。
附图说明
图1为本发明实施例的结构示意图。
图2为本发明实施例的侧面示意图。
图3为本发明实施例的上表面示意图。
图4为本发明实施例的下表面示意图。
图5为本发明实施例的回波损耗(S11)性能图。
图6为本发明实施例的1.268GHz的轴比图。
图7为本发明实施例的2.492GHz的轴比图。
图8为本发明实施例在B3频带的轴比图。
图9为本发明实施例在S频带的轴比图。
图10为本发明实施例1.268GHz时的xoy面和xoz面增益方向图。在图9中，采用极坐标系。
图11为本发明实施例2.492GHz时的xoy面和xoz面增益方向图。在图10中，采用极坐标系。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明作进一步说明。
图1中标注1为上表面良导体层，即上表面的辐射贴片，图2中标注2为高性能陶瓷介质基板，图2中标注3为下表面良导体层，即正方形接地板。图2中标注4为SMA接头。
参照图1和3，介质基板的介电常数是5.8，介质基板轮廓是方形，边长Sub为60±0.1mm，厚度为2.5±0.1mm。所述正方形辐射贴片的边长为40.6±0.1mm，所述月牙圆弧结构的弧张角为deg为250±1°，外半径yr2为3.0±0.1mm，内半径yr1为1.0±0.1mm。所述半圆凹槽的直径d3为4±0.1mm。所述月牙枝节的弧张角为173°，外直径d1为10.0±0.1mm，内直径d2为8.4±0.1mm。所述馈电孔中心与正方形辐射贴片中心距离Px为10.0±0.1mm。
参照图2和图4，图所述正方形接地板边长Gnd为60±0.1mm。
参照图5可以看出，本发明天线在低频1.254GHz-1.290GHz范围内实现回波损耗S11小于-10dB，绝对带宽为0.036GHz，相对带宽为2.83％，在高频2.4768～2.509GHz范围内实现回波损耗S11小于-10dB，绝对带宽为0.031GHz，相对带宽为1.24％。
参照图6，为天线1.268GHz的轴比图。
参照图7，为天线2.492GHz的轴比图。
参照图8，为天线B3频带的轴比图。
参照图9，为天线S频带的轴比图。
参照图10，为1.268GHz时xoz面增益方向图和xoy面增益方向图。
参照图11，为2.492GHz时xoz面增益方向图和xoy面增益方向图。
整体来说该天线具有双频特性、结构简单、增益及辐射特性可控、相位中心稳定度高等优点。
参见表1，表1给出了本发明的制造加工误差对天线在1.268GHz的影响情况。
参见表2，表1给出了本发明的制造加工误差对天线在2.492GHz的影响情况。
表1
注：表1中数据已有一定冗余，各参数之间有一定关联性，给出的是均衡特性，可根据需求
优化结构参数，以完成特殊设计。
表2
注：表2中数据已有一定冗余，各参数之间有一定关联性，给出的是均衡特性，可根据需求优化
结构参数，以完成特殊设计。

Claims (10)

1.北斗导航***月牙圆弧分布加载双频圆极化多馈微带天线，其特征在于设有介质基板，在介质基板上表面设有正方形辐射贴片，在正方形贴片四边中点对称设有半圆凹槽，每个半圆凹槽***各加载一个月牙枝节，四个月牙枝节旋转对称，在矩形贴片四个角落旋转对称包裹有一个月牙圆弧结构，辐射贴片边缘和角落可形成两个谐振长度不等的回路，用于实现双频特性，在介质基板下表面设有金属接地板，且在沿轴线偏离中心相同距离的四个点设圆孔，所述圆孔用于四个同轴馈电。
2.如权利要求1所述北斗导航***月牙圆弧分布加载双频圆极化多馈微带天线，其特征在于所述介质基板采用陶瓷基板，相对介电常数为3～12。
3.如权利要求1所述北斗导航***月牙圆弧分布加载双频圆极化多馈微带天线，其特征在于所述介质基板采用正方形介质基板。
4.如权利要求3所述北斗导航***月牙圆弧分布加载双频圆极化多馈微带天线，其特征在于所述正方形介质基板的边长为50.0～90.0mm，厚度为1.50～3.00mm。
5.如权利要求1所述北斗导航***月牙圆弧分布加载双频圆极化多馈微带天线，其特征在于所述正方形辐射贴片采用银正方形辐射贴片或铜正方形辐射贴片。
6.如权利要求1所述北斗导航***月牙圆弧分布加载双频圆极化多馈微带天线，其特征在于所述金属接地板采用银接地板或铜接地板。
7.如权利要求1所述北斗导航***月牙圆弧分布加载双频圆极化多馈微带天线，其特征在于所述正方形辐射贴片的边长为25.0～48.0mm。
8.如权利要求1所述北斗导航***月牙圆弧分布加载双频圆极化多馈微带天线，其特征在于所述月牙圆弧结构的弧张角为220～260°，外半径为2.20～3.80mm，内半径为0.60～1.20mm。
9.如权利要求1所述北斗导航***月牙圆弧分布加载双频圆极化多馈微带天线，其特征在于所述矩形贴片中部的半圆凹槽直径为2.60～5mm，所述月牙枝节的弧张角可为160°～175°，外直径可为9.00～15.0mm，内直径可为6.00～9.00mm。
10.如权利要求1所述北斗导航***月牙圆弧分布加载双频圆极化多馈微带天线，其特征在于所述四个馈电点距离正方形辐射贴片中心的距离为7.00～13.0mm，所述馈电点的直径可为0.80～1.00mm，馈电点穿透基板的圆孔。
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