满足北斗卫星导航的双频圆极化微带天线的制作方法

本技术介绍了一种满足北斗卫星导航的双频圆极化微带天线，包括介质基板、接地板和辐射单元，所述辐射单元包括多个辐射贴片环，所述辐射贴片环为内外嵌套且设有开口的金属双环，所述介质基板上设有馈电口。通过内外矩形金属贴片形成嵌套模式并且关于中心馈电口形成中心对称，且采用同轴馈电的微带天线结构，并在合适的位置形成开口，通过中心馈电使矩形贴片形成等幅且相位相差90°正交馈电，内外辐射金属环分别对应了北斗的B2和B1频段的谐振频点，从而达到双频圆极化特性。本技术的微带天线尺寸较小、模型简单、易于理解和加工且应用领域广泛。

技术要求

1.一种满足北斗卫星导航的双频圆极化微带天线，包括介质基板、接地板和辐射单元，其特征在于，所述辐射单元包括多个辐射贴片环，所述辐射贴片环为内外嵌套且设有开口的金属双环，所述介质基板上设有馈电口。

2.根据权利要求1所述的双频圆极化微带天线，其特征在于，所述辐射贴片环的数量为2个。

3.根据权利要求1所述的双频圆极化微带天线，其特征在于，所述辐射贴片环的位置关于馈电口中心对称。

4.根据权利要求1所述的双频圆极化微带天线，其特征在于，所述馈电口位于介质基板的中心。

5.根据权利要求1所述的双频圆极化微带天线，其特征在于，所述介质基板包括介质常数为4.4、损耗角正切为0.02、厚度为1.6mm、尺寸为103mm×90mm的FR4_epoxy基板。

6.根据权利要求1所述的双频圆极化微带天线，其特征在于，所述接地板为金属接地板。

7.根据权利要求1所述的双频圆极化微带天线，其特征在于，所述接地板的尺寸与介质基板相同。

技术说明书

一种满足北斗卫星导航的双频圆极化微带天线

技术领域

本技术涉及一种微带天线，尤其涉及一种满足北斗卫星导航的双频圆极化微带天线。

背景技术

随着无线通信技术的不断发展，卫星导航技术的应用领域也变的更为广泛，能够广泛地应用于我们的社会生活，卫星导航利用的无线电波导航定位技术为我们提供了高精度的定位导航功能，给人们的生活带来了极大的便利。

由于卫星导航信号是以圆极化的方式进行辐射的，所以终端的天线也应该满足圆极化的性能。传统的卫星导航天线常通过四臂螺旋天线以实现圆极化。为了让四臂螺旋天线的对不同的导航系统有着更好的兼容性，人们又对其进行了大量研究，并且设计出了很多性能优良的天线结构，例如多频折叠旋臂结构和印制式旋臂结构等。虽然四臂螺旋天线具有良好的匹配阻抗体型以及广角圆极化特性，但是其体积比较大，结构复杂，不易加工，增加了馈电网络的难度，使其不能用于某些微型终端设备上。

技术内容

技术目的：本技术的目的在于提供一种性能优异、应用广泛且满足北斗卫星导航的双频圆极化微带天线。

技术方案：本技术的满足北斗卫星导航的双频圆极化微带天线，包括介质基板、接地板和辐射单元，所述辐射单元包括多个辐射贴片环，所述辐射贴片环为内外嵌套且设有开口的金属双环，所述介质基板上设有馈电口。

优选地，所述辐射贴片环的数量为2个。

优选地，所述辐射贴片环的位置关于馈电口中心对称。

优选地，所述馈电口位于介质基板的中心。

优选地，所述介质基板包括介质常数为4.4、损耗角正切为0.02、厚度h＝1.6mm、介质板的尺寸为

103mm×90mm的FR4_epoxy。

优选地，所述接地板为金属接地板。

优选地，所述接地板的尺寸与介质基板相同。

有益效果：与现有技术相比，本技术具有如下显著优点：

(1)本技术通过内外矩形金属贴片形成嵌套模式并且关于中心馈电口形成中心对称，且采用同轴馈电的微带天线结构，并在合适的位置形成开口，通过中心馈电使矩形贴片形成等幅且相位相差90°正交馈电，内外辐射金属环分别对应了北斗的B2和B1频段的谐振频点，从而达到双频圆极化特性。

(2)本技术的微带天线尺寸较小、模型简单、易于理解和加工且应用领域广泛。

附图说明

图1为本技术双频圆极化微带天线的主视图；

图2为本技术双频圆极化微带天线的俯视图；

图3为本技术双频圆极化微带天线的侧视图；

图4为本技术双频圆极化微带天线在1.21GHz和1.56GHz的回波损耗图；

图5为本技术双频圆极化微带天线在1.21GHz和1.56GHz的VSWR图；

图6为本技术双频圆极化微带天线在1.21GHz和1.56GHz的输入阻抗图；

图7为本技术双频圆极化微带天线在1.21GHz和1.56GHz的AR带宽图；

图8为本技术双频圆极化微带天线E面增益方向图；

图9为本技术双频圆极化微带天线H面增益方向图；

图10为本技术双频圆极化微带天线3D方向增益图；

图11为本技术双频圆极化微带天线的工作示意图；

图12为本技术双频圆极化微带天线D的改变对回波损耗S11的变化曲线图；

图13为本技术双频圆极化微带天线L1的变化对回拨损耗S11的变化曲线；

图14为本技术双频圆极化微带天线k4的变化对轴比AR的变化曲线；

图15为本技术双频圆极化微带天线k4的位置对轴比AR的变化曲线；

图16为本技术双频圆极化微带天线L4的变化对轴比AR的变化曲线；

图17为本技术双频圆极化微带天线L4的位置对轴比AR的变化曲线。

具体实施方式

下面结合附图对本技术的技术方案作进一步说明。

技术人研究发现，由于卫星导航信号是以圆极化的方式进行辐射的，所以终端的天线也应该满足圆极化的性能。一般来说，天线使用螺旋天线结构、微带天线结构或者是交叉对称振子天线结构的话比较容易实现圆极化的性能。其中，微带天线和螺旋天线用的比较多，因为这两种天线都拥有良好的环境适应能力，可作为导航系统的常用天线。

随着微波集成电路技术逐渐成熟，以及低损耗介质材料的发现，微带天线得到新的发展。科学家们制出了实用型的微带天线，结合同轴馈电技术设计了一款结构简单的新型圆极化天线，之后大量性能优良的微带天线被设计了出来，例如口径耦合、共面波导馈电和阵列式新型天线，成为了通信系统的中流砥柱。现代随着通信系统的融合发展，微带天线成为了天线理论与设计中极为重要的一部分，越来越多的应用于卫星导航系统中。

本技术设计的北斗卫星导航天线，以传统的微带天线为基础，介质板上层为两个内外嵌套并且关于中心对称的辐射贴片环，内外辐射金属环分别对应了北斗的B2和B1频段的谐振频点，使内外金属环的开口关于中心斜对称来实现天线的圆极化特性，采用同轴底馈进行馈电，从而实现北斗卫星导航天线的基础工作频段。

如图1至图3所示，本技术的满足北斗卫星导航的双频圆极化微带天线为三层，包括介质基板、接地板和辐射单元，辐射单元包括多个辐射贴片环，辐射贴片环为内外嵌套且设有开口的金属双环，传输线的两端断开形成了开路，开路端的电场可以分解为相对于接地板的垂直和水平两个电场分量，电场在垂直方向上的分量方向相反，因此在远场中辐射效果可以相互抵消。而电场在水平方向上的分量方向相同，所以天线在远场的辐射将会相互叠加，并且可以等效为同相激励的两个缝隙的辐射。

介质基板上设有馈电口，馈电在实际设计中应使用同轴线来进行馈电，使用圆形端口进行馈电。

作为进一步优选，辐射贴片环的数量为2个，且关于中心馈电口形成中心对称，该天线内外矩形金属贴片形成嵌套模式并且关于中心馈电口形成中心对称，且采用同轴馈电的微带天线结构，通过内外金属环的开口关于中心斜对称来实现了北斗二代B1和B2频段内圆极化，双频特性则是根据内外里两个对称环形贴片来实现的，。天线在合适的位置形成开口，通过中心馈电使矩形贴片形成等幅且相位相差90°正交馈电，内外辐射金属环分别对应了北斗的B2和B1频段的谐振频点，从而达到双频圆极化特性。

天线在1.19GHz-1.22GHz以及1.55GHz-1.57GHz频段内的回拨损耗都小于-10dB，拥有良好的阻抗匹配，并且覆盖了北斗导航系统B1和B2所对应的频段。在北斗卫星导航系统的B1和B2频段内，天线的VSWR均小于2，并且在中心频点附近无线接近于1。设计的天线在低频时输入阻抗为(48.73-j2.39)Ω，高频时为(48.88-j3.2)Ω，与预想的结果一致。在E平面，从方向图可以看出来，天线在theta＝90°，增益最好，达到了-6dB；在-180°时增益较差，在-18dB左右。在H平面，从方向图上可以看出来，天线在phi＝13°以及187°时增益最差，在-18dB左右；在phi＝127°以及305°时增益最大，在-14dB左右。从天线的3D方向增益图上我们可以看出来，天线是沿着Z轴的正方向、负方向进行辐射的，极化仰角约为±15°。天线频率在1.205GHz-1.209GHz处的轴比小于3dB，圆极化程度良好；天线频率在1.561GHz处的轴比为1.3dB，圆极化程度非常理想，并且3dB的轴比带宽覆盖1.527Ghz-1.569Ghz，带宽高达40MHz左右。因此该天线在性能上很好的满足了天线的基本要求，为研究具有高性能的双频圆极化天线具有实际应用意义。