CN114843757A - 一种零相位中心宽带介质耦合天线 - Google Patents

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薛玉磊
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Abstract

本发明公开了一种零相位中心宽带介质耦合天线，包括天线辐射片、第二介质耦合板、移相器电路板，天线辐射片用于将接收到的耦合能量辐射出去；第二介质耦合板安装于天线辐射片的下方，移相器电路板安装于第二介质耦合板的下方，信号输入后通过移相器电路板的微带线功分器形成90°相差，产生旋转馈电，依次通过移相器电路板开设的缝隙、第二介质耦合板耦合到天线辐射片，使天线辐射片产生圆极化辐射。本发明实现了导航全频段覆盖，相位中心稳定，移相器网络简单，结构简单紧凑。

Description

一种零相位中心宽带介质耦合天线
技术领域
本发明属于卫星导航定位技术领域，涉及一种零相位中心宽带介质耦合天线。
背景技术
全球卫星导航***也叫全球导航卫星***(Global Navigation SatelliteSystem，GNSS)，是能在地球表面或近地空间的任何地点为用户提供全天候的三维坐标和速度以及时间信息的空基无线电导航定位***。
天线作为卫星导航定位***的终端信号接收器件，其性能直接影响整个***的工作状态。微带天线具有剖面低、重量小、体积小、易与载体共形和易于实现圆极化等优点，广泛应用于卫星导航定位终端***中。针对全球卫星导航***的应用，具有多频段、圆极化和宽带特点的多模导航接收天线是近年卫星接收天线研究的热点。
常规的导航天线使用两层以上的微带天线叠加实现导航全频段覆盖，下层微带天线工作于L5(1176MHz)B2(1207MHz)L2(1227MHz)G2(1247MHz)B3(1268MHz)频段，上层天线工作于B1(1561MHz)L1(1575MHz)G1(1602MHz)频段。常规的叠层微带天线具有移相器网络复杂，而且相位中心不一致的缺点。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供一种零相位中心宽带介质耦合天线，实现了导航全频段覆盖，相位中心稳定，移相器网络简单，结构简单紧凑，解决了现有技术中存在的问题。
本发明所采用的技术方案是，一种零相位中心宽带介质耦合天线，包括
天线辐射片，所述天线辐射片的数量为1，用于将接收到的耦合能量辐射出去；
第二介质耦合板，所述第二介质耦合板安装于天线辐射片的下方；
移相器电路板，所述移相器电路板安装于第二介质耦合板的下方，信号输入后通过移相器电路板的微带线功分器形成90°相差，产生旋转馈电，依次通过移相器电路板开设的缝隙、第二介质耦合板耦合到天线辐射片，使天线辐射片产生圆极化辐射。
进一步的，所述天线辐射片的顶部设有第一介质耦合板，天线辐射片、第一介质耦合板、第二介质耦合板、移相器电路板的中心同轴线。
进一步的，所述移相器电路板的下方设有金属底座，用于将后向杂散辐射反射回去。
进一步的，所述第二介质耦合板厚度为14～18mm。
进一步的，所述移相器电路板底板开设的缝隙为十字槽，缝隙宽度为2～3mm。
进一步的，所述天线辐射片为正方形，边长为38～42mm。
进一步的，所述移相器电路板的厚度为2～3mm。
进一步的，所述第一介质耦合板厚度为2～6mm。
进一步的，所述天线辐射片的工作频段为1.05GHz～1.81GHz。
进一步的，所述金属底座的厚度为5～9mm。
本发明的有益效果是：
本发明结构简单紧凑，天线宽带特性好，采用介质耦合馈电方式展宽了天线带宽，在1.05GHz到1.81GHz整个频段内都有2dBi以上的圆极化增益，而且结构简单，能够应用于星载等恶劣环境。其它全频段导航天线有两个辐射片，两个相位中心，高频和低频相位中心分离，稳定性差。本发明通过一个宽带介质耦合天线实现了导航全频段覆盖，相位中心稳定，移相器网络简单，适用于卫星导航定位终端***。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例的结构示意图。
图2是本发明实施例的***图。
图3是本发明实施例的天线驻波图。
图4a是本发明实施例的天线在Phi、Theta均为0时的增益图。
图4b是本发明实施例的天线在工作频段为1.207GHz、1.227GHz、1.268GHz、1.561GHz、1.575GHz、1.592GHz的增益图。
图5是本发明实施例的天线轴比图。
图6是本发明实施例中馈电网络的结构示意图。
图7是本发明实施例的天线结构三视图。
其中，1.第一介质耦合板，2.天线辐射片，3.第二介质耦合板，4.移相器电路板，5.金属底座。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例，
一种零相位中心宽带介质耦合天线，如图1-2所示，包括第一介质耦合板1、天线辐射片2、第二介质耦合板3、移相器电路板4、金属底座5。
天线辐射片2的数量为1，用于将接收到的耦合能量辐射出去；
第一介质耦合板1与第二介质耦合板3上下堆叠设置，第一介质耦合板1安装于天线辐射片2上方，第二介质耦合板3安装于天线辐射片2下方，第一介质耦合板1与第二介质耦合板3为天线辐射片2提供支撑以及保护；
移相器电路板4安装于第二介质耦合板3的下方；如图6所示，移相器电路板4赋以相邻的辐射臂之间90°的相位差，产生0°、90°、180°、270°的旋转馈电模式，依次通过移相器电路板4开设的缝隙、第二介质耦合板3耦合到天线辐射片2，使天线辐射片2产生圆极化辐射。移相器电路原理：信号输入后通过微带线功分器形成90°相差，然后通过第二介质耦合板3激励天线辐射片2，从而产生圆极化辐射特性。
金属底座5，用于将后向杂散辐射反射回去，起到降低后瓣辐射、提高天线增益的作用；金属底座5的厚度为5～9mm。
在一些实施例中，移相器电路板4的厚度为2～3mm，厚度和移相器的微带线阻抗设计有关；移相器电路板4底板开设的缝隙宽度为2～3mm，调试天线匹配以及耦合量；缝隙为十字槽，对称性更好。微带线功分器输出的路径1、路径2、路径3、路径4分别与十字槽的四边对应，关于十字槽的中心对称。移相器电路板4实现一分四的功分网络以及90°相位差，十字槽实现一个空间90°相位差，实现高精度天线设计；天线在四个方向上是对称无差异的，因此它的相位中心稳定在轴线上，同时辐射天线是唯一的，相位中心是唯一且稳定的，与通过两片天线覆盖整个频段的天线不同。
在一些实施例中，天线辐射片2、第一介质耦合板1、第二介质耦合板2、移相器电路板4的中心同轴线，第二介质耦合板3厚度为缝隙和天线辐射片2之间的耦合距离，实施例中第二介质耦合板3的厚度取值14～18mm，如果耦合距离太大，耦合量不够；如果耦合距离太小，带宽减少。第一介质耦合板1的厚度为2～6mm，保护天线辐射片2。
在一些实施例中，天线辐射片2为正方形，边长为38～42mm，和工作频率或波长相关，大了频率趋于低频，小了频率趋于高频。
在一些实施例中，如图7所示，第一介质耦合板1、第二介质耦合板3采用聚酰亚胺材质，第一介质耦合板1的厚度为4mm，第二介质耦合板3由两层聚酰亚胺构成，每层聚酰亚胺厚度为8mm，移相器电路板4的厚度为2.5mm，十字槽的缝隙宽度为1.5mm，金属底座5的厚度为7mm，金属底座5为正方形，边长105mm，金属底座5上两个相邻两个连接孔之间的距离为98.8mm；第一介质耦合板1、第二介质耦合板3均为正方形，边长为90mm；第一介质耦合板1上两个相邻两个连接孔之间的距离为79.8mm；天线的整体厚度为39mm。
本发明实施例的仿真数据，如图3、4a～4b及图5。
由图3可知，本发明实施例的天线在工作频段1.1760GHz～1.8175GHz的电压驻波比小于6。
由图4a～4b可知，本发明实施例的天线带宽从1.05GHz到1.81GHz增益都在2dBi以上，整个导航频段内增益都在4dBi以上。
由图5可知，天线在工作频段1.207GHz、1.227GHz、1.268GHz、1.561GHz、1.575GHz、1.592GHz，±50°范围内，轴比均在3dB以下，覆盖全部导航频段。
本发明实施例的天线只有一个天线辐射片2，相位中心稳定，同时实现了实现导航全频段覆盖、移相器网络简单的技术效果，消除了常规技术方案中高频和低频相位中心分离的情况，兼顾了天线的匹配、带宽、耦合量以及结构的加工性。近年来，采用两种以上卫星导航***组成的多模导航接收***的研究受到广泛重视，天线是卫星导航***中非常重要的一部分，本发明实施例的天线适合多模导航接收机，具有多频段、圆极化及宽带的特点，其辐射场型为圆极化的半球型方向图，适合卫星导航***的应用。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种零相位中心宽带介质耦合天线，其特征在于，包括
天线辐射片(2)，所述天线辐射片(2)的数量为1，用于将接收到的耦合能量辐射出去；
第二介质耦合板(3)，所述第二介质耦合板(3)安装于天线辐射片(2)的下方；
移相器电路板(4)，所述移相器电路板(4)安装于第二介质耦合板(3)的下方，信号输入后通过移相器电路板(4)的微带线功分器形成90°相差，产生旋转馈电，依次通过移相器电路板(4)开设的缝隙、第二介质耦合板(3)耦合到天线辐射片(2)，使天线辐射片(2)产生圆极化辐射。
2.根据权利要求1所述一种零相位中心宽带介质耦合天线，其特征在于，所述天线辐射片(2)的上方设有第一介质耦合板(1)，天线辐射片(2)、第一介质耦合板(1)、第二介质耦合板(3)、移相器电路板(4)的中心同轴线。
3.根据权利要求1所述一种零相位中心宽带介质耦合天线，其特征在于，所述移相器电路板(4)的下方设有金属底座(5)，用于将后向杂散辐射反射回去。
4.根据权利要求1所述一种零相位中心宽带介质耦合天线，其特征在于，所述第二介质耦合板(3)厚度为14～18mm。
5.根据权利要求1所述一种零相位中心宽带介质耦合天线，其特征在于，所述移相器电路板(4)开设的缝隙为十字槽，缝隙宽度为2～3mm。
6.根据权利要求1所述一种零相位中心宽带介质耦合天线，其特征在于，所述天线辐射片(2)为正方形，边长为38～42mm。
7.根据权利要求1所述一种零相位中心宽带介质耦合天线，其特征在于，所述移相器电路板(4)的厚度为2～3mm。
8.根据权利要求2所述一种零相位中心宽带介质耦合天线，其特征在于，所述第一介质耦合板(1)厚度为2～6mm。
9.根据权利要求1所述一种零相位中心宽带介质耦合天线，其特征在于，所述天线辐射片(2)的工作频段为1.05GHz～1.81GHz。
10.根据权利要求3所述一种零相位中心宽带介质耦合天线，其特征在于，所述金属底座(5)的厚度为5～9mm。
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