CN111029758B - 一种bd b1频段的卫星导航终端天线及其工作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种BD B1频段的卫星导航终端天线及其工作方法，包括辐射板和反射板，辐射板和反射板中心部位连接有同轴线，辐射板上侧面具有与同轴线内心相连的上辐射臂组，辐射板下侧面具有与上辐射臂组错开180°并与同轴线外心相连的下辐射臂组，上辐射臂组包括两个错开90°并且朝内一端相连的上辐射臂，下辐射臂组包括两个错开90°并且朝内一端相连的下辐射臂；辐射板和反射板之间还连接有四根呈矩形分布的竖向金属柱，辐射板下侧面设置有与竖向金属柱位置上下一一对应的辐射贴片。该天线采用同轴线馈电的方法，上层接同轴线的内心，下层接同轴线的外心，产生90°相位差，实现圆极化辐射，并通过短路贴片与辐射臂产生耦合效果，可以提高天线的带宽。

Description

一种BD B1频段的卫星导航终端天线及其工作方法
技术领域
本发明涉及一种BD B1频段的卫星导航终端天线及其工作方法，属于无线通信技术领域。
背景技术
圆极化（CP）天线由于具有减轻极化失配和抑制多径干扰的能力而受到某些特定的无线通信***的高度青睐，例如全球定位***，卫星通信/导航***和射频识别***。设计具有相等幅度和正交相位的两个电场分量是实现CP天线的常用技术，CP天线按照馈电方法可以分为单馈和双馈。通常，单馈天线具有更简单的馈电网络，但具有更窄的轴向比（AR）带宽，而双馈天线可以提供更宽的AR带宽，但需要外部混合耦合器或功率分配器，这会增加***尺寸显着。因此，如何获得宽带而又简单紧凑的CP天线一直是天线领域关注的话题。
为了增加单馈CP天线的带宽，人们已经进行了广泛的努力。一种直接的方法是使用多个谐振器。通过将每个谐振器设计在不同的工作频率工作，然后把多个谐振器组合起来，组合后的响应会增加总带宽。另一种方法是利用高阶模式。由于不需要额外的元件，因此可以实现小型化。然而，需要损耗更多能量来使具有相似辐射特性的模式彼此接近，并且通常对天线的尺寸或形状有特殊的限制。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种可以提高天线的带宽，实现圆极化辐射的BDB1频段的卫星导航终端天线及其工作方法。
本发明采用以下方案实现：一种BD B1频段的卫星导航终端天线，包括辐射板和位于辐射板下方的反射板，辐射板和反射板两者中心部位连接有同轴线，所述辐射板上侧面具有与同轴线内心相连的上辐射臂组，辐射板下侧面具有与上辐射臂组错开180°并与同轴线外心相连的下辐射臂组，所述上辐射臂组包括两个错开90°并且朝内一端通过导体贴片相连的上辐射臂，所述下辐射臂组包括两个错开90°并且朝内一端通过导体贴片相连的下辐射臂，所述导体贴片为四分之三圆环形；所述辐射板和反射板之间还连接有四根呈矩形分布的竖向金属柱，辐射板下侧面设置有四个结构相同并与四根竖向金属柱位置上下一一对应的辐射贴片，所述辐射贴片与对应竖向金属柱上端相连。
进一步的，所述辐射板和反射板均为正方形，其中一个上辐射臂朝内一端与同轴线内心相连，其中一个下辐射臂朝内一端与同轴线外心相连，所述上辐射臂和下辐射臂分布在辐射板的中线上。
进一步的，与四个竖向金属柱对应连接的四个辐射贴片分布在辐射板的对角线上，并且辐射贴片呈等边三角形，辐射贴片其中一条中线与其所在的辐射板对角线重合。
进一步的，所述上辐射臂和下辐射臂中间均具有由三条并列平行的长条形贴片构成的梳齿状结构，两侧的长条形贴片对称设置在中间长条形贴片两侧，并且两侧的长条形贴片朝外一侧设置有锯齿状贴片。
进一步的，相邻的两竖向金属柱中部之间连接有横向金属梁，所述横向金属梁中部与反射板之间连接有中间金属柱，其中两相对侧的横向金属梁之间连接有一对对称分布在同轴线两侧的中间横向金属梁。
本发明另一技术方案：一种如上所述BD B1频段的卫星导航终端天线的工作方法，采用同轴线馈电的方法，相位差180°的辐射臂组分上下两层，上层的上辐射臂组接同轴线的内心，下层的下辐射臂组接同轴线的外心，辐射臂上产生幅度相同、相位差90°的电流，实现圆极化辐射，并通过辐射贴片与辐射臂产生耦合效果，可以提高天线的带宽。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
（1）天线采用同轴线馈电的方法，相位差180°的辐射臂组分上下两层，上层接同轴线的内心，下层接同轴线的外心，天线辐射臂上产生幅度相同、相位差90°的电流，实现圆极化辐射，并通过短路贴片与辐射臂产生耦合效果，可以提高天线的带宽，同时有增加天线的定向性的效果；
（2）辐射臂上具有梳齿结构和锯齿结构，通过这种结构可以改变辐射臂上的电流路径，调节天线的谐振点位置，从而使得谐振点变得密集，达到拓展天线阻抗和轴比带宽的目的，提高了天线的阻抗带宽和轴比带宽;
（3）辐射臂和反射板之间的网格型金属架把中间区域均匀的划分成上下两层，使得天线中间区域增强了垂直方向和水平方向的电流，垂直电流产生的辐射提高了天线的纵向辐射，可以提高天线的低仰角增益，水平电流可以起到增加带宽的作用，使得天线更好的应用在卫星导航***之中，并且四个竖向金属柱形成金属探针结构，改变了天线的电流分布，频点向低频偏移，有利于实现天线小型化。
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下将通过具体实施例和相关附图，对本发明作进一步详细说明。
附图说明
图1是本发明实施例立体图；
图2是本发明实施例辐射板俯视图；
图3是本发明实施例辐射板仰视图；
图4是本发明实施例省去辐射板的立体图；
图5是本发明实施例天线的S11参数图；
图6是本发明实施例天线的AR图；
图7是本发明实施例天线的方向图；
图中标号说明：100-辐射板、200-反射板、210-第一上辐射臂、220-第二上辐射臂、230-第一下辐射臂、240-第二下辐射臂、250-导体贴片、260-辐射贴片、270-长条形贴片、280-锯齿状贴片、300-同轴线、400-竖向金属柱、500-横向金属梁、600-中间金属柱、700-中间横向金属梁。
具体实施方式
如图1~4所示，一种BD B1频段的卫星导航终端天线，包括辐射板200和位于辐射板200下方的反射板100，辐射板200和反射板100两者中心部位连接有同轴线300，所述辐射板200上侧面具有与同轴线内心相连的上辐射臂组，辐射板200下侧面具有与上辐射臂组错开180°并与同轴线外心相连的下辐射臂组，上、下辐射臂组相位差180°，所述上辐射臂组包括两个错开90°并且朝内一端通过导体贴片相连的上辐射臂，即第一上辐射臂210和第二上辐射臂220，所述下辐射臂组包括两个错开90°并且朝内一端通过导体贴片相连的下辐射臂，即第一下辐射臂230和第二下辐射臂240，所述导体贴片为四分之三圆环形；上辐射臂组形成交叉偶极子臂，下辐射臂组形成交叉偶极子臂，辐射板上侧面的上辐射臂组与下侧面的下辐射臂组相位差180°，所述导体贴片250为四分之三圆环形；所述辐射板200和反射板100之间还连接有四根呈矩形分布的竖向金属柱400，辐射板200下侧面设置有四个结构相同并与四根竖向金属柱位置上下一一对应的辐射贴片260，所述辐射贴片260与对应竖向金属柱上端相连，天线采用同轴线馈电的方法，相位差180°的辐射臂组分上下两层，上层的上辐射臂组接同轴线的内心，下层的下辐射臂组接同轴线的外心，天线辐射臂上产生幅度相同、相位差90°的电流，实现圆极化辐射，并通过辐射贴片（也称短路贴片）与辐射臂产生耦合效果，可以提高天线的带宽，通过合理的调整天线的反射板和辐射贴片的距离，可以使得天线有非常优秀的定向性性能。
在本实施例中，所述辐射板200和反射板100均为正方形，辐射板200的对角线在反射板100上的投影与反射板的对角线重合，其中一个上辐射臂朝内一端与同轴线内心相连，其中一个下辐射臂朝内一端与同轴线外心相连，所述上辐射臂和下辐射臂分布在辐射板的中线上，也就是第一上辐射臂210与同轴线内心相连，第一下辐射臂230朝内一端与同轴线外心相连，第一上辐射臂和第一下辐射板错开180°，第二上辐射臂和第二下辐射板也错开180°；把相位差180°的交叉偶极子臂分上下层分布，分别连接同轴线的内、外心，两个单极子通过一个四分之三圆环连接，使得天线辐射臂上的电流幅度相同，相位相差90°，能够使天线产生圆极化辐射，并且四分之三圆环结构还具有提高天线带宽的作用。
在本实施例中，四根竖向金属柱400呈正方形分布，四根竖向金属柱400分布在反射板100的对角线上，与四个竖向金属柱对应连接的四个辐射贴片分布在辐射板的对角线上，并且辐射贴片260呈等边三角形，辐射贴片260其中一条中线与其所在的辐射板对角线重合；在辐射臂四周有四个完全相同，并且完全对称的的等边三角形辐射贴片，这种结构可以使得辐射贴片和辐射臂之间产生耦合效果，在偶极子臂产生的谐振点的基础上，产生新的谐振频点，当辐射贴片的谐振点和辐射臂的谐振点接近时，可以达到我们提高天线带宽的目的，同时短路贴片有增加天线的定向性的效果。
在本实施例中，所述上辐射臂（即第一上辐射臂210和第二上辐射臂220）和下辐射臂（即即第一下辐射臂230和第二下辐射臂240）中间均具有由三条并列平行的长条形贴片270构成的梳齿状结构，两侧的长条形贴片对称设置在中间长条形贴片两侧，并且两侧的长条形贴片朝外一侧设置有锯齿状贴片280，锯齿状贴片280与所在的锯齿状贴片280之间的夹角为60°；辐射臂上具有梳齿结构和锯齿结构，梳齿结构中相邻两长条形贴片之间的缝隙相同，两侧长条形贴片上的锯齿状贴片完全对称，通过这种结构可以改变辐射臂上的电流路径，调节天线的谐振点位置，从而使得谐振点变得密集，达到拓展天线阻抗和轴比带宽的目的，提高了天线的阻抗带宽和轴比带宽。
在本实施例中，相邻的两竖向金属柱400中部之间连接有横向金属梁500，所述横向金属梁500中部与反射板100之间连接有中间金属柱600，其中两相对侧的横向金属梁之间连接有一对对称分布在同轴线两侧的中间横向金属梁700，上述的竖向金属柱400、横向金属梁500，中间金属柱600和中间横向金属梁700构成网格型金属架，金属架把中间区域均匀的划分成上下两层，使得天线中间区域增强了垂直方向和水平方向的电流，垂直电流产生的辐射提高了天线的纵向辐射，可以提高天线的低仰角增益，水平电流可以起到增加带宽的作用，使得天线更好的应用在卫星导航***之中，并且四个竖向金属柱形成金属探针结构，改变了天线的电流分布，频点向低频偏移，有利于实现天线小型化。
一种如上所述BD B1频段的卫星导航终端天线的工作方法，采用同轴线馈电的方法，相位差180°的辐射臂组分上下两层，上层的上辐射臂组接同轴线的内心，下层的下辐射臂组接同轴线的外心，辐射臂上产生幅度相同、相位差90°的电流，实现圆极化辐射，并通过辐射贴片与辐射臂产生耦合效果，可以提高天线的带宽；辐射臂上具有梳齿结构和锯齿结构，可以改变辐射臂上的电流路径，调节天线的谐振点位置，从而使得谐振点变得密集，达到拓展天线阻抗和轴比带宽的目的，提高了天线的阻抗带宽和轴比带宽；反射板和辐射板之间的网格型金属架把中间区域均匀的划分成上下两层，使得天线中间区域增强了垂直方向和水平方向的电流，垂直电流产生的辐射提高了天线的纵向辐射，可以提高天线的低仰角增益，水平电流可以起到增加带宽的作用。
上述本发明所公开的任一技术方案除另有声明外，如果其公开了数值范围，那么公开的数值范围均为优选的数值范围，任何本领域的技术人员应该理解：优选的数值范围仅仅是诸多可实施的数值中技术效果比较明显或具有代表性的数值。由于数值较多，无法穷举，所以本发明才公开部分数值以举例说明本发明的技术方案，并且，上述列举的数值不应构成对本发明创造保护范围的限制。
本发明如果公开或涉及了互相固定连接的零部件或结构件，那么，除另有声明外，固定连接可以理解为：能够拆卸地固定连接( 例如使用螺栓或螺钉连接)，也可以理解为：不可拆卸的固定连接(例如铆接、焊接)，当然，互相固定连接也可以为一体式结构( 例如使用铸造工艺一体成形制造出来) 所取代(明显无法采用一体成形工艺除外)。
另外，上述本发明公开的任一技术方案中所应用的用于表示位置关系或形状的术语除另有声明外其含义包括与其近似、类似或接近的状态或形状。
本发明提供的任一部件既可以是由多个单独的组成部分组装而成，也可以为一体成形工艺制造出来的单独部件。
最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。

Claims (4)

1.一种BD B1频段的卫星导航终端天线，其特征在于：包括辐射板和位于辐射板下方的反射板，辐射板和反射板两者中心部位连接有同轴线，所述辐射板上侧面具有与同轴线内心相连的上辐射臂组，辐射板下侧面具有与上辐射臂组错开180°并与同轴线外心相连的下辐射臂组，所述上辐射臂组包括两个错开90°并且朝内一端通过导体贴片相连的上辐射臂，所述下辐射臂组包括两个错开90°并且朝内一端通过导体贴片相连的下辐射臂，所述导体贴片为四分之三圆环形；所述辐射板和反射板之间还连接有四根呈矩形分布的竖向金属柱，辐射板下侧面设置有四个结构相同并与四根竖向金属柱位置上下一一对应的辐射贴片，所述辐射贴片与对应竖向金属柱上端相连；所述上辐射臂和下辐射臂中间均具有由三条并列平行的长条形贴片构成的梳齿状结构，两侧的长条形贴片对称设置在中间长条形贴片两侧，并且两侧的长条形贴片朝外一侧设置有锯齿状贴片；相邻的两竖向金属柱中部之间连接有横向金属梁，所述横向金属梁中部与反射板之间连接有中间金属柱，其中两相对侧的横向金属梁之间连接有一对对称分布在同轴线两侧的中间横向金属梁。
2.根据权利要求1所述的BD B1频段的卫星导航终端天线，其特征在于：所述辐射板和反射板均为正方形，其中一个上辐射臂朝内一端与同轴线内心相连，其中一个下辐射臂朝内一端与同轴线外心相连，所述上辐射臂和下辐射臂分布在辐射板的中线上。
3.根据权利要求2所述的BD B1频段的卫星导航终端天线，其特征在于：与四个竖向金属柱对应连接的四个辐射贴片分布在辐射板的对角线上，并且辐射贴片呈等边三角形，辐射贴片其中一条中线与其所在的辐射板对角线重合。
4.一种如权利要求1所述BD B1频段的卫星导航终端天线的工作方法，其特征在于：采用同轴线馈电的方法，相位差180°的辐射臂组分上下两层，上层的上辐射臂组接同轴线的内心，下层的下辐射臂组接同轴线的外心，辐射臂上产生幅度相同、相位差90°的电流，实现圆极化辐射，并通过辐射贴片与辐射臂产生耦合效果，可以提高天线的带宽。
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