CN109742537B - 一种用于北斗二代卫星导航***的三频圆极化天线 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于北斗二代卫星导航***的三频圆极化天线，由上至下依次包括第一介质基板、第二介质基板及第三介质基板，所述第一介质基板、第二介质基板及第三介质基板按照层叠方式设置，所述第一介质基板的上表面设置第一辐射贴片，第二介质基板的上表面设置第二辐射贴片，所述第三介质基板的上表面设置第三辐射贴片，所述第三介质基板的下表面设置地板。本发明在具备三频圆极化特性的基础上，具有结构简单、剖面低和辐射特性好等优点。
Description
技术领域
本发明涉及的是天线技术领域，具体涉及一种用于北斗二代卫星导航***的三频圆极化天线。
背景技术
北斗卫星导航***是中国自主研发的三维卫星定位与通信***，它的建立改变了我国长期缺少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。随着北斗卫星导航***的不断完善，基于北斗卫星导航***的定位与通信技术在快速发展，并已广泛应有于交通、军事、水利和抢险救灾等领域。
北斗卫星导航***分为北斗一代卫星导航***和北斗二代卫星导航***，其中北斗一代卫星导航***工作于L和S频段，北斗二代卫星导航***工作于B1、B2和B3频段，这些频段都是以圆极化方式工作，可见实现北斗天线的多频圆极化在实际应用中有着重要的意义。
目前市场上的一些多频北斗天线采用多馈点的设计方案，天线的馈电结构复杂从而加大天线的制造难度，利用馈电网络也会使天线剖面加大从而增加导航终端设备的体积。因此研究单馈点多频圆极化的北斗天线具有重要的参考价值和实际意义。
发明内容
为了解决上述现有技术的不足之处，本发明提供一种用于北斗二代卫星导航***的三频圆极化天线，该天线在具备三频圆极化特性的基础上，具有结构简单、剖面低和辐射特性好等优点。
本发明采用如下技术方案：
一种用于北斗二代卫星导航***的三频圆极化天线，由上至下依次包括第一介质基板、第二介质基板及第三介质基板，所述第一介质基板、第二介质基板及第三介质基板按照层叠方式设置，所述第一介质基板的上表面设置第一辐射贴片，第二介质基板的上表面设置第二辐射贴片，所述第三介质基板的上表面设置第三辐射贴片，所述第三介质基板的下表面设置地板。
所述第一辐射贴片开有第一等腰三角形切角,在第一等腰三角形切角的底边加载枝节，所述第一等腰三角形切角具体为两个，分别位于第一辐射贴片的两个对角。
所述枝节为矩形。
所述第二辐射贴片设有第二等腰三角形切角，所述第二等腰三角形切角为两个，两个第二等腰三角形切角位于第二辐射贴片的两个对角。
所述第三辐射贴片设有两对短路探针及矩形缝隙，所述短路探针的一端与地板连接，另一端通过第三介质基板与第三辐射贴片连接，所述矩形缝隙关于第三辐射贴片的竖直中线对称。
本发明还包括馈电探针，所述馈电探针的外导体与地板连接，馈电探针的内导体依次通过第三介质基板、第三辐射贴片、第二介质基板、第二辐射贴片、第一介质基板与第一辐射贴片连接。
所述第一介质基板与第二介质基板尺寸相同，所述第三介质基板的尺寸大于第一介质基板。
所述矩形缝隙的长度为19mm～21mm，宽度为0.5mm～1mm。
所述第一等腰三角形切角的直角边长为16mm～17mm，所述两个矩形枝节的长度为15mm～16mm，宽度为7mm～8mm。
所述第二等腰三角形切角的直角边长为5mm～6mm。
本发明的有益效果：
1、本发明天线设置了上、中、下三层介质基板以及上、中、下三层辐射贴片，通过层叠的方式实现了三频圆极化，并且采用单个馈电探针进行馈电，这种单馈点馈电的方式，在性能不差的情况下相较多点馈电方式具有馈电简单的优点。
2、本发明天线在第三辐射贴片与地板之间加入两对短路探针，通过调节两对短路探针的间距差，可以很好的实现圆极化；改变短路探针的间距，可以对谐振频率进行调节；加载短路探针的矩形微带天线相比传统的矩形微带天线增益可以提高1.5dBi左右。
3、本发明天线在B1、B2和B3频段都实现了右旋圆极化，在各个通带内轴比的最小值分别为0.8dB、0.2dB和0.6dB，轴比最小值都小于1dB；并且在各个通带内的增益都趋于平稳，峰值增益分别为7.4dBi、5.4dBi和5.7dBi；天线辐射特性好，在各个频段的交叉极化比都大于25dB。
附图说明
图1是本发明的侧视结构图；
图2是本发明的第一金属贴片的俯视结构图；
图3是本发明的第二金属贴片的俯视结构图；
图4是本发明的第三金属贴片的俯视结构图；
图5是本发明的S11仿真示意图；
图6是本发明的轴比和增益仿真示意图；
图7是本发明在1.207GHz时的辐射特性仿真示意图；
图8是本发明在1.268GHz时的辐射特性仿真示意图；
图9是本发明在1.561GHz时的辐射特性仿真示意图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图，对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
实施例
如图1所示，一种用于北斗二代卫星导航***的三频圆极化天线，该天线能够很好的应用于北斗二代卫星导航***，包括第一介质基板1、第二介质基板2、第三介质基板3、第一辐射贴片4、第二辐射贴片5、第三辐射贴片6、地板7、短路探针8和馈电探针9。
本天线由上至下依次是第一介质基板、第二介质基板及第三介质基板，三层介质基板按照层叠方式设置实现三频圆极化。第一辐射贴片贴附在第一介质基板上表面，第二辐射贴片贴附在第二介质基板上表面，所述第三辐射贴片贴附第三介质基板的上表面，所述第三介质基板的下表面设置地板。
所述第一介质基板和第二介质基板的尺寸相同，第三介质基板的尺寸比第一介质基板和第二介质基板大，但三层介质基板的截面为正方形，第一介质基板和第二介质基板的截面边长为68mm，高度都为1.5mm，第三介质基板3的截面边长为100mm，高度为2mm，即第一介质基板1和第二介质基板2的整体尺寸为68mm×68mm×1.5mm，第三介质基板3的整体尺寸为100mm×100mm×2mm。
第一介质基板1、第二介质基板2和第三介质基板3均采用F4BK350介质板材，相对介电常数为3.5，损耗角正切值为0.001，三层介质基板及三个辐射贴片的中心点在同一条直线上。
如图2所示，所述第一辐射贴片4开有两个第一等腰三角形切角11，两个第一等腰三角形切角位于第一辐射贴片的两个对角上，在等腰三角形切角的底边上加载矩形枝节10。两个第一等腰三角形切角和矩形枝节均关于第一辐射贴片的对角线对称。等腰三角形切角为等腰直角三角形，其中等腰三角形的直角边长为16.7mm，矩形枝节10的长度为15.7mm，宽度7.7mm，即整体尺寸为15.7mm×7.7mm，加载矩形枝节10主要是为了增加天线的可调节性，更好的实现圆极化性能。
如图3所示，所述第二辐射贴片上开有两个第二等腰三角形切角13，两个第二等腰三角形切角位于第二辐射贴片的两个对角上，并关于两个对角连接的对角线对称。等腰三角形为直角等腰三角形，其直角边长为5mm，加载两个等腰三角形切角主要是为了天线可以产生圆极化性能。还设有第一圆形过12可使馈电探针9通过，第一圆形过孔的半径为1mm。
如图4所示，所述第三辐射贴片主要用于辐射北斗二代卫星导航***的B1频段(1.561GHz)，所述第二辐射贴片5主要用于辐射北斗二代卫星导航***的B2频段(1.207GHz)，所述第一辐射贴片4主要用于辐射北斗二代卫星导航***的B3频段(1.268GHz)，极化方式均为右旋圆极化。第三辐射贴片6上设有两对短路探针8、矩形缝隙15和第二圆形过孔14，两对短路探针8分别位于第三辐射贴片6的两个对角线上，间隔一定距离，一端与第三辐射贴片连接，另一端与地板连接。矩形缝隙15位于第三辐射贴片6上关于第三辐射贴片的竖直中线对称，且位于辐射贴片的横向横向中线上方。所述第二圆形过孔14可使馈电探针9通过，其中两对短路探针8的半径为0.57mm，矩形缝隙15的长度为20mm，宽度为0.5mm，第二圆形过孔14的半径为1mm。通过增加两对短路探针8和矩形缝隙15，主要是为了天线可以产生更好的圆极化性能。
所述馈电探针位于天线的中线处，所述馈电探针的外导体与地板连接，馈电探针的内导体依次通过第三介质基板、第三辐射贴片、第二介质基板、第二辐射贴片、第一介质基板与第一辐射贴片连接。
如图1～图4所示，所述短路探针8采用铜芯铆钉，所述馈电探针9采用特征阻抗为50Ω的同轴线，同轴线的外表面与地板7连接，同轴线内芯依次通过第三介质基板3、第三辐射贴片6的过孔、第二介质基板2、第二辐射贴片5的过孔12、第一介质基板1与第一辐射贴片4连接，采用单个馈电探针9进行馈电，这种单馈点馈电的方式，在性能不差的情况下相较多点馈电方式具有馈电简单的优点。
上述实施例中，所述第一辐射贴片4、第二辐射贴片5、第三辐射贴片6和地板7均采用金属材料制成，金属材料可以为铁、铜、铝、锡、金、银和铂的任意一种，或可以为铁、铜、铝、锡、金、银和铂任意一种的合金。
如图5所示，本实施例的天线工作在三个频段，从图5中可以看出该天线在B1频段的-10dB阻抗带宽为1.547GHz～1.578GHz；在B2频段的-10dB阻抗带宽为1.203GHz～1.218GHz，在B3频段的-10dB阻抗带宽为1.260GHz～1.274GHz。本实施例阻抗带宽满足北斗卫星导航天线的工作指标，天线在上述频段内具有良好的性能。
如图6所示，为本实施例的轴比特性和增益特性，从图中可以看出该天线在B1、B2和B3频段内的轴比最小值分别为0.8dB、0.2dB和0.6dB，圆极化性能很好。在各个通带内的增益都比较平稳，峰值增益分别为7.4dBi、5.4dBi和5.7dBi。
如图7、图8及图9所示，为本实施例在B2、B3和B1频段的辐射特性曲线图，从图中可以看出该天线具有很好的定向性，在各个频段的交叉极化比都大于25dB。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受所述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种用于北斗二代卫星导航***的三频圆极化天线，其特征在于，由上至下依次包括第一介质基板、第二介质基板及第三介质基板，所述第一介质基板、第二介质基板及第三介质基板按照层叠方式设置，所述第一介质基板的上表面设置第一辐射贴片，第二介质基板的上表面设置第二辐射贴片，所述第三介质基板的上表面设置第三辐射贴片，所述第三介质基板的下表面设置地板；
所述第一辐射贴片开有第一等腰三角形切角,在第一等腰三角形切角的底边加载枝节，所述第一等腰三角形切角具体为两个，分别位于第一辐射贴片的两个对角；
所述枝节为矩形枝节；
所述第二辐射贴片设有第二等腰三角形切角，所述第二等腰三角形切角为两个，两个第二等腰三角形切角位于第二辐射贴片的两个对角；
所述第三辐射贴片设有两对短路探针及矩形缝隙，所述短路探针的一端与地板连接，另一端通过第三介质基板与第三辐射贴片连接，所述矩形缝隙关于第三辐射贴片的竖直中线对称；
还包括馈电探针，所述馈电探针的外导体与地板连接，馈电探针的内导体依次通过第三介质基板、第三辐射贴片、第二介质基板、第二辐射贴片、第一介质基板与第一辐射贴片连接。
2.根据权利要求1所述的三频圆极化天线，其特征在于，所述第一介质基板与第二介质基板尺寸相同，所述第三介质基板的尺寸大于第一介质基板。
3.根据权利要求1所述的三频圆极化天线，其特征在于，所述矩形缝隙的长度为19mm~21mm，宽度为0.5mm~1mm。
4.根据权利要求1所述的三频圆极化天线，其特征在于，第一等腰三角形切角的直角边长为16mm~17mm，两个枝节的长度为15mm~16mm，宽度为7mm~8mm。
5.根据权利要求1所述的三频圆极化天线，其特征在于，第二等腰三角形切角的直角边长为5mm~6mm。
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