CN115275615B - 一种用于北斗，gps的双频带圆极化天线 - Google Patents

一种用于北斗，gps的双频带圆极化天线 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种用于北斗，GPS的双频带圆极化天线，该天线由刻有两个环槽的接地层、中间介质层，两个夹角为135°的矩形馈电枝节构成的贴片层组成，该微带缝隙天线能够实现在1.13‑1.76GHz频带内S11<‑10dB；在1.10‑1.27GHz,1.42‑1.65GHz内轴比〈3dB，这两个频带可以完全覆盖北斗B1：1561.098±2.046MHz,B2:1207.14±2.046MHz,GPSL1:1575.42±10.23MHz,L2:1227.60±10.23MHz；并且在这两个频段内极化方式为右旋圆极化，符合全球卫星导航***的要求。而且本发明采用微带线馈电，结构简单，加工成本低；本发明所阐述的用于北斗，GPS的双频带圆极化天线可以广泛应用于卫星导航，双频带大大提高了导航定位的精度。

Description

一种用于北斗，GPS的双频带圆极化天线
技术领域
本发明属于天线技术领域，具体是一种用于北斗，GPS的双频带圆极化天线。
背景技术
随着科技的发展和社会的进步，人们对精准授时，导航定位服务的需求越来越高。智慧城市，无人驾驶概念的提出把研究的焦点再次集中到全球卫星导航***。目前全球卫星导航***包括美国的GPS，俄罗斯的GLONASS，中国的BDS，欧盟的GALILEO；其中GPS应用最早，应用范围最广泛；中国的北斗卫星导航***采用最新的技术，最科学的设计理念，为全球用户提供全天候精准授时，导航定位服务。北斗卫星导航***的频段包括：B1：1561.098±2.046MHz,B2:1207.14±2.046MHz；GPS的导航频段主要包括L1:1575.42±10.23MHz,L2:1227.60±10.23MHz；我们设计的这款用于北斗，GPS的双频带圆极化天线可以完全覆盖北斗和GPS的导航频段，并且在这两个频段内极化方式为右旋圆极化符合全球卫星导航***的要求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于北斗，GPS的双频带圆极化天线，此天线在1.13-1.76GHz频带内S11<-10dB；在1.10-1.27GHz,1.42-1.65GHz两个频段内轴比〈3dB，这两个频带可以完全覆盖北斗B1：1561.098±2.046MHz,B2:1207.14±2.046MHz,GPS L1:1575.42±10.23MHz,L2:1227.60±10.23MHz频段；并且在这两个频段内是右旋圆极化，符合全球卫星导航***的要求。本发明采用微带线馈电方式，结构简单，加工难度小，成本低。
为解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：
一种用于北斗，GPS的双频带圆极化天线，该天线由介质基板，辐射贴片，接地板组成，所述天线从下到上依次包括接地层、介质层、贴片层；其中所述接地层用于和微带贴片层激励起高频电磁场，并通过其与微带贴片四周的缝隙向外辐射；介质层用于形成空腔谐振器；所述贴片层通过光刻工艺制作具有特定形状的金属薄层作为辐射体。
进一步的，所述贴片层包括50Ω微带线，方形贴片和与水平面成135°的矩形枝节，所述50Ω微带线用于激励和辐射有效电场，水平面成135°的矩形枝节，用于激发两个具有90°相位差的正交简并模，产生圆极化辐射。
进一步的，所述接地层和贴片层的厚度为0mm-0.035mm，金属材料可为金、银、铜等，也可以是具有与金、银、铜相当导电率的导电材料。
进一步的，所述的介质层尺寸为100mm×100mm×1.6mm，材料采用介电常数为4.4的FR4材料，损耗正切值为0.02。
进一步的，所述贴片层50Ω微带线长度为50mm，宽度为3mm，方形贴片边长为14mm，矩形枝节长宽分别为42mm,4mm。
进一步的，所述接地层为长度为100mm，宽度为100mm的矩形贴片；在上面刻蚀两个环槽，两个环槽通过四个矩形缝隙连接，在环槽左右两侧和下方再刻四个缝隙；两个环槽的半径分别为34mm,22mm，环槽的宽度均为1mm；四个矩形缝隙长度为11mm，宽度为4mm；环槽左侧缝隙长宽分别为10mm,2mm；环槽右侧长宽分别为13mm,2mm；环槽下方两个缝隙长宽分别为3mm,4mm；18mm,2mm。
进一步的，所述的一种用于北斗，GPS的双频带圆极化天线，在1.13-1.76GHz频带内S11<-10dB；在1.10-1.27GHz,1.42-1.65GHz内轴比〈3dB，这两个频带可以完全覆盖北斗B1：1561.098±2.046MHz,B2:1207.14±2.046MHz,GPS L1:1575.42±10.23MHz,L2:1227.60±10.23MHz；并且在这两个频段内是右旋圆极化，符合全球卫星导航***的要求。
本发明具有以下有益效果：
1、本发明将矩形馈电枝节与带有环形缝隙的接地板结合产生可以覆盖北斗和GPS导航频段的双频带圆极化天线。
2、本发明在微带贴片天线的理论基础上通过等效电路的方法对天线的尺寸，贴片金属的尺寸，贴片金属的形状和介质的厚度进行设计，可用同一电路对工作于不同频带的天线进行设计。
当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述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为本发明一种用于北斗，GPS的双频带圆极化天线的三维结构示意图；
图2为本发明一种用于北斗，GPS的双频带圆极化天线的俯视图；
图3为本发明一种用于北斗，GPS的双频带圆极化天线的反射系数仿真图；
图4为本发明一种用于北斗，GPS的双频带圆极化天线的轴比仿真图；
图5为本发明一种用于北斗，GPS的双频带圆极化天线在1.2GHz时E面的左旋和右旋圆极化方向图，在传播方向上极化方式为右旋圆极化；
图6为本发明一种用于北斗，GPS的双频带圆极化天线在1.2GHz时H面的左旋和右旋圆极化方向图，在传播方向上极化方式为右旋圆极化；
图7为本发明一种用于北斗，GPS的双频带圆极化天线在1.56GHz时E面的左旋和右旋圆极化方向图，在传播方向上极化方式为右旋圆极化；
图8为本发明一种用于北斗，GPS的双频带圆极化天线在1.56GHz时H面的左旋和右旋圆极化方向图，在传播方向上极化方式为右旋圆极化；
图9为本发明一种用于北斗，GPS的双频带圆极化天线的加工实物辐射层图；
图10为本发明一种用于北斗，GPS的双频带圆极化天线的加工实物接地层图。
附图中，各标号所代表的部件列表如下：
1、贴片层；2、介质层；3、接地层。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，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作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“中”、“外”、“内”、“下”、“四周”等指示方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的组件或元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此用于北斗，GPS的双频带圆极化天线，其三维结构如图1所示，从下到上依次包括接地层(3)、介质层(2)、金属贴片层(1)；所述金属贴片层包括50Ω微带线，方形贴片和与水平面成135°的矩形枝节。
工作原理：当电源通过SMA转接头接入馈电线对天线进行馈电时，介质层提供空腔谐振器，接地层和微带贴片层间产生等效LC谐振，激励并辐射有效电场；所述50Ω微带线用于激励和辐射有效电场，水平面成135°的矩形枝节，用于激发两个具有90°相位差的正交简并模，产生圆极化辐射；接地层环槽左右两侧的矩形缝隙用于优化轴比。在1.2GHz时，电流主要分布在贴片层矩形枝节外部和接地层最大的环槽外侧，这表明贴片层矩形枝节外部和接地层最大的环槽外侧1.10GHz-1.27GHz的主要辐射单元；在1.56GHz时馈电枝节内部与环槽左侧有较大的表面电流分布，这表明馈电枝节内部与环槽左侧是1.42GHz-1.65GHz的主要辐射单元。
如图3所示，激励产生的电场形成了1个有效的通频带，在1.13-1.76GHz频带内S11<-10dB，可以覆盖北斗和GPS的导航频段。
如图4所示，在1.10GHz-1.27GHz,1.42GHz-1.65GHz处轴比小于3dB，具有圆极化特性，可以完全覆盖北斗B1：1561.098±2.046MHz,B2:1207.14±2.046MHz频段；GPS L1:1575.42±10.23MHz,L2:1227.60±10.23MHz。
如图5所示，当频率为1.2GHz时，天线E面左旋和右旋圆极化方向图，从图中可以看出天线在1.2GHz，+z方向呈右旋圆极化辐射。
如图6所示，当频率为1.2GHz时，天线H面左旋和右旋圆极化方向图，+z方向呈右旋圆极化辐射。
如图7所示，当频率为1.56GHz时，天线E面左旋和右旋圆极化方向图，从图中可以看出天线在1.56GHz，+z方向呈右旋圆极化辐射。
如图8所示，当频率为1.56GHz时，天线H面左旋和右旋圆极化方向图，+z方向呈右旋圆极化辐射。
从仿真结果分析：
一种用于北斗，GPS的双频带圆极化天线，在1.13-1.76GHz频带内S11<-10dB；在1.10-1.27GHz,1.42-1.65GHz内轴比〈3dB，这两个频带可以完全覆盖北斗B1：1561.098±2.046MHz,B2:1207.14±2.046MHz,GPS L1:1575.42±10.23MHz,L2:1227.60±10.23MHz；并且在这两个频段内是右旋圆极化，符合全球卫星导航***的要求。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (5)

1.一种用于北斗，GPS的双频带圆极化天线，该天线由介质基板，辐射贴片，接地板组成，其特征在于：所述天线从下到上依次包括接地层(3)、介质层(2)、贴片层(1)；在接地层(3)上刻两个环槽用于产生两个频带，所述两个环槽分别为内环槽与外环槽，所述内环槽与外环槽通过四个矩形缝隙连接，四个矩形缝隙长度为11mm，宽度为4mm；在外环槽两侧刻两个矩形缝隙优化轴比，产生圆极化辐射；环槽左侧缝隙长宽分别为10mm,2mm；环槽右侧缝隙长宽分别为13mm,2mm；介质层(2)用于形成空腔谐振器；所述贴片层(1)包括50Ω微带线，方形贴片和与水平面成135°的矩形枝节，所述贴片层(1)通过50Ω微带线馈电；所述50Ω微带线用于激励和辐射有效电场，所述水平面成135°的矩形枝节用于激发两个具有90°相位差的正交简并模，产生圆极化辐射；所述接地层(3)为长度为100mm，宽度为100mm的矩形贴片；在外环槽下方再刻两个缝隙；两个环槽的半径分别为34mm,22mm，环槽的宽度均为1mm。
2.根据权利要求1所述的用于北斗，GPS的双频带圆极化天线，其特征在于：所述接地层(3)和贴片层(1)的厚度为0-0.035mm，金属材料可为金、银、铜，也可以是具有与金、银、铜相当导电率的导电材料。
3.根据权利要求1所述的用于北斗，GPS的双频带圆极化天线，其特征在于：所述介质层(2)尺寸为100mm×100mm×1.6mm，材料采用介电常数为4.4的FR4材料，损耗正切值为0.02。
4.根据权利要求1所述的用于北斗，GPS的双频带圆极化天线，其特征在于：所述贴片层(1)50Ω微带线长度为50mm，宽度为3mm，方形贴片边长为14mm，矩形枝节长宽分别为42mm,4mm。
5.根据权利要求1所述的用于北斗，GPS的双频带圆极化天线，其特征在于：在1.13-1.76GHz频带内S11<-10dB；在1.10-1.27GHz,1.42-1.65GHz内轴比〈3dB，这两个频带可以完全覆盖北斗B1：1561.098±2.046MHz,B2:1207.14±2.046MHz,GPS L1:1575.42±10.23MHz,L2:1227.60±10.23MHz；并且在这两个频段内是右旋圆极化，符合全球卫星导航系的要求。
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