满足北斗卫星导航的双频圆极化微带天线的制作方法
一种双频段圆极化移动导航终端天线的设计
一种双频段圆极化移动导航终端天线的设计作者：孟超项铁铭来源：《物联网技术》2014年第01期摘要：给出了一款应用于北斗导航卫星系统（CNSS）B1频段/S频段的双频圆极化缝隙天线的设计方法。
该天线采用微带线进行馈电，在地板上开有两个方形螺旋槽，其总槽长度大约均为一个自由空间操作波长。
通过调节螺旋槽的终点处的长度即可获得最适宜的轴比，从而实现圆极化。
另外，还可以通过调节螺旋槽的宽度来获得较大的轴比带宽。
在地板中央切去一个圆环形槽可增大感应电流的路径，从而降低圆极化的中心频率。
通过仿真软件HFSS对天线结构参数进行优化设计，并制作实物。
其仿真及实测结果表明：回波损耗小于-10 dB的阻抗带宽为38.5%，且在阻抗带宽内天线的相对轴比带宽也达到了大约5%。
关键词：双频圆极化；螺旋槽；回波损耗；轴比中图分类号：TN82 文献标志码：A 文章编号：2095-1302（2014）01-0027-030 引言由于圆极化天线具有接收效率高、抗多径反射、抗干扰等性能优点，因此在卫星导航系统中得到了广泛的应用。
具有多频段、圆极化和宽带特点的移动导航终端天线是近年来卫星导航天线研究的热点[1]。
在文献[2]中，提出了一种宽带圆极化缝隙天线，在地板上开有单线波圆形螺旋槽来实现圆极化，但缺点是不容易确定所需的圆形螺旋槽的尺寸，圆极化的实现难度较大。
为了解决这一问题，在文献[3]中提出了一种利用空间顺序旋转技术的宽带圆极化缝隙天线，在地板上开有单个方形螺旋槽来实现圆极化，但是需要同时调节方形螺旋槽的始端和末端的长度来实现圆极化，导致圆极化的实现难度增大。
本文设计了一种更简单的微带线馈电的圆极化缝隙天线，在地板上开有两个方形螺旋槽，该结构只需要同步调节螺旋槽的末端的长度即可实现圆极化。
另外，还可以通过调节螺旋槽的宽度来获得较大的轴比带宽；在地板中央切去一个圆环形槽以降低圆极化的中心频率。
应用仿真软件HFSS对该天线进行仿真优化，并制作了实物。
适用于卫星导航系统的双频段圆极化微带天线
适用于卫星导航系统的双频段圆极化微带天线作者：程超逸来源：《航空兵器》2018年第02期摘要：随着卫星导航技术的发展，可同时工作于双频段或多频段的接收天线近年来得到日益广泛的关注。
本文设计了两种可工作于北斗-B3（1.268 GHz）和GPS-L1（1.590 GHz）双频段的低剖面圆极化微带天线。
一种由一个天线单元实现双频带工作；另一种由五个单元的小型天线阵列实现，阵列中心单元工作在较高频段，周围四个相同的单元工作在较低频段。
为了满足卫星导航天线低剖面、小尺寸的应用需求，两种天线均选用了较高介电常数的介质基板并采用层叠结构。
同时，使用威尔金森功分器，通过双馈法实现圆极化，有效展宽了天线的圆极化带宽，使天线具有良好的圆极化性能。
关键词：卫星导航；微带天线；双频段；圆极化中图分类号： TN820.1+1文献标识码： A文章编号： 1673-5048（2018）02-0049-070引言随着导航技术的不断发展，设备的可靠性、定位的精确度都达到了新的水准，多种导航系统兼容的工作模式有利于实现频率复用，达到系统兼容的目的，这就使得可工作于多频段的卫星导航天线优越性日益凸显[1-2]。
卫星导航系统对设备提出了小型化、低剖面的要求，微带天线凭借自身小且薄、易集成等特点[3]，被广泛应用于卫星导航系统中。
圆极化天线的抗极化失配、抗多径效应等特点也使其成为导航系统的首选极化形式[4]。
微带天线主要依靠单馈法、多馈法和多元法来实现圆极化。
单馈法是最易实现的方式，其结构简单、加工便捷且成本低廉、易于小型化设计，在极化和带宽要求不高的情况下被广泛使用。
多馈法通过正交的馈电点激励简并模实现圆极化，可以有效展宽圆极化带宽，改善极化性能，然而馈电网络的使用，增加了设计难度和工艺复杂度。
多元法与多馈法原理一致，均是依靠多个馈点之间产生相位差实现圆极化，但多元法每个馈点对应一个辐射单元，虽然减少了馈电网络，降低了设计难度，且圆极化性能更佳，但多个辐射单元的使用极大地增加了天线尺寸[5]。
双频双圆极化北斗天线的设计
ａ 叶姣 ２ ０ １ ５ 年 第 ２ ８ 卷 第６ 期
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基于北斗卫星导航系统的圆极化微带天线的设计
基于北斗卫星导航系统的圆极化微带天线的设计作者：赵芷鋆张震杨海峰来源：《商情》2016年第18期【摘要】本文以我国北斗卫星导航系统中的地面终端天线为工程应用背景，借鉴和总结了前人的研究成果，主要针对微带天线的圆极化技术和多频技术展开研究。
首先详细介绍了微带天线的基本理论和分析方法，接着讨论了微带天线的圆极化实现和馈电方法。
通过对多元天线的研究，设计了一种新型结构的三频天线，可以作为手持导航产品的终端天线。
仿真和测试结果分析表明，本文所设计的一款天线基本满足项目的指标要求，具有一定的应用价值。
【关键词】微带圆极化馈电网络一、背景近年来，全球卫星导航系统（GNSS）在国家安全、经济及社会发展中的作用非常显著，世界上各主要大国都竞相发展独立自主的卫星导航定位系统，几乎所有的卫星导航系统都进入了高速发展阶段。
由于圆极化天线具有接收效率高、抗多径反射、抗干扰等优点，在卫星导航系统中得到了广泛应用。
本文结合研究项目，对微带天线的圆极化技术、多频技术进行了深入的研究，并在此基础上设计了三款多频卫星导航终端天线。
根据单馈法实现圆极化的工作原理，并利用双层贴片叠层设计完成了一款支持北斗L/S频段的双频导航终端天线，此款天线可用于实现北斗系统的短报文通信和定位功能。
使用带威尔金森功分器的双馈网络，实现天线的圆极化技术性能，成功研制了一款工作于车载系统中的三频导航终端天线。
二、微带天线的理论基础微带天线的概念首先是在 1953 年提出来的，微带天线是辐射贴片敷在不同介电常数的介质基板上，且介质基板的厚度远小于微带天线工作波长。
微带天线的介质基板底层敷以金属薄膜，作为微带天线的地板。
微带天线具有高性能、小型化、易于设计等优点，使微带天线广泛应用于卫星导航和个人无线通信当中。
微带天线的带宽是指微带天线在接收卫星信号时，能够在接收频率的变化内，天线的各项指标在合理变化。
天线的带宽是指天线满足一定电性能指标的工作频段范围。
三、微带天线圆极化的性质沿波的传播方向上看去，波的瞬时电场矢量的端点轨迹构成一个圆，具有这样的瞬时电场分量的波称之为圆极化波，由于轨迹是圆，那么也可知瞬时电场的幅度相同。
一种小型化双频圆极化微带天线设计
一种小型化双频圆极化微带天线设计一种小型化双频圆极化微带天线设计程益福摘要:本文通过分析双频圆极化微带天线，提出了一种覆盖北斗卫星导航系统频段的双频双圆极化微带缝隙天线。
这是一个特例，因为它要求天线在两个工作频段内具有相反的圆极化旋向。
根据设计要求，为了实现双频以及圆极化功能，采用了非常简洁的环形缝隙结构，简洁的结构也方便了后期对其进行加工。
本文给出了该设计的具体步骤及实验结果，实测结果表明了该设计的可行性。
关键词：圆极化天线；双频天线；微带天线Abstract:Through the analysis of dual band circularly polarized microstrip antenna, the dual polarization microstrip slot antenna for coverage of the Beidou satellite navigation system of the dual frequency band. This is a special case, because it requires the antenna with circular polarization rotation instead of the two frequency range to. According to the design requirements, in order to realize the dual band circular polarization functions and, using the ring slot structure is very simple. Simple structure is convenient for later processing. This paper gives the specific steps and the experimental results of the design, experimental results show the feasibility of the design.Key Words ：Circularly Polarized Antenna; Dual-band Antenna; Microstrip Antenna1.引言微带缝隙天线有很多种，而其中之一就是环形微带缝隙天线。
双频圆极化微带天线的设计
双频圆极化微带天线的设计本文将探讨双频圆极化微带天线的关键设计因素，包括工作原理、尺寸和性能优化等方面。
我们将确定文章的类型为技术论文，主要面向无线通信领域的工程师和技术人员。
关键词：双频，圆极化，微带天线，设计，工作原理，尺寸，性能优化在无线通信系统中，天线是至关重要的组件之一。
随着通信技术的发展，多频段和圆极化技术已成为现代天线设计的趋势。
其中，双频圆极化微带天线由于其体积小、易共形、低成本等特点而备受。
双频圆极化微带天线的工作原理主要基于微带天线的基本原理。
微带天线由介质基板、辐射贴片和接地板组成。
当电流流过辐射贴片时，就会在贴片周围产生电磁场，从而向外辐射电磁波。
对于双频圆极化微带天线，通常采用多个辐射贴片、缝隙或者耦合器等结构来实现双频段工作。
在尺寸方面，双频圆极化微带天线的设计主要取决于所需的工作频率和天线的性能要求。
一般来说，天线的尺寸会随着工作频率的降低而增大。
因此，在满足性能指标的前提下，应尽量减小天线的尺寸以适应各种应用场景。
在性能优化方面，主要考虑因素包括增益、带宽、轴比、交叉极化等。
通过优化辐射贴片、接地板和介质基板的设计，可以有效地提高天线的性能。
例如，通过采用高介电常数的介质基板可以有效减小天线的尺寸；通过优化辐射贴片的形状和大小可以改善天线的带宽和轴比性能。
双频圆极化微带天线的设计需要综合考虑工作原理、尺寸和性能优化等多个方面。
随着5G、物联网和卫星通信等技术的快速发展，双频圆极化微带天线的应用前景将更加广阔。
未来，可以进一步研究多频段、高性能和更小尺寸的双频圆极化微带天线设计方法，以满足不断发展的通信需求。
可以利用新兴的材料和工艺技术提升天线的性能和集成度，拓展其应用领域。
另外，针对双频圆极化微带天线的测试技术也需要不断完善，以确保天线的性能和质量。
双频圆极化微带天线作为一种先进的通信技术，具有广泛的应用前景。
未来，我们需要在设计方法、材料选择、制造工艺和应用场景等方面进行深入研究，以满足不断增长的通信需求，推动无线通信技术的发展。
双频带圆极化微带阵列天线设计
双频带圆极化微带阵列天线设计胡金艳;杨君;秦文华;赵建平;徐娟【摘要】利用旋转馈电技术设计了一种双频带圆极化微带阵列天线,以扩充天线的通信容量,提高抗干扰能力.天线由四个对角切角的矩形贴片和一个金属矩形环组成.天线利用贴片切角实现圆极化,利用两个贴片的对角线长度不等实现双频特性.天线中心的矩形环既可当做馈电网络,为圆极化波提供所需的递增相位,又可以提高天线的辐射性能.最后,利用电磁仿真软件HFSS对天线的性能进行数值计算,阵列天线的-10 dB阻抗带宽分别为1.3～1.4 GHz和1.55～1.58 GHz,3 dB轴比带宽分别为1.36～1.42 GHz和1.6～1.62 GHz.%A dual-band circularly-polarized micro-strip patch array, by using a sequential-phase feeding network, is designed and implemented, thus to expand the communication capacity and improve the anti-interference capability. The antenna, composed of four rectangular patches with diagonally tangential angles and one metal rectangular ring, is circularly-polarized by using the corner patch, while the dual-frequency is realized by using the unequal diagonal lengths of two patches. The mental square ring in the center of the antenna may act as a feeding network, which provides both the increasing phase for circularly-polarized wave and a radiator to enhance the performance of the antenna. Finally, the simulation on the antenna with HFSS software indicates that the -10 dB impedance bandwidth of the patch array is 1.3～1.4 GHz and 1.55～1.58 GHz , and the measured 3dB AR bandwidth 1.36～1.42 GHz and 1.6～1.62 GHz respectively.【期刊名称】《通信技术》【年(卷),期】2018(051)001【总页数】6页(P234-239)【关键词】旋转馈电;双频带;圆极化;微带阵列【作者】胡金艳;杨君;秦文华;赵建平;徐娟【作者单位】曲阜师范大学物理工程学院,山东曲阜 273165;曲阜师范大学物理工程学院,山东曲阜 273165;曲阜师范大学物理工程学院,山东曲阜 273165;曲阜师范大学物理工程学院,山东曲阜 273165;曲阜师范大学物理工程学院,山东曲阜273165【正文语种】中文0 引言与线极化天线相比，圆极化天线有几个重要的优势：对抗多径干扰或衰落﹑减少电离层的“法拉第旋转”效应和降低极化失配。
一种双频双圆极化微带天线的设计
第19期2018年10月No.19October，2018微带天线是一种常用的天线形式，通常是在微波介质板材上腐蚀出导体薄片，背部有金属层作为导地接地板。
当在导体薄片和接地板之间有激励电场时，在接地板四周的缝隙中就会向外辐射电磁场[1]。
微带天线的馈电方式一般有同轴馈电、微带馈电和耦合馈电等。
微带天线是一种平面型结构，很适合与各类平面载体集成安装，也可将有源电路和微带天线一体化设计，优势更加明显。
如何提高通信系统的通信容量，增强抗干扰能力，一直是通信领域不断研究的方向。
两个圆极化电磁波实现极化复用，可避免电离层法拉第旋转效应，并降低电磁波传输过程中的多径效应[2]。
圆极化波是由两个等幅正交有90°相差的线极化波组成。
左、右旋的圆极化波是互相隔离的，因此圆极化天线的旋向具备正交性。
在电磁波传播过程中，碰到对称目标时，反射波就会变成相反的旋向[3]。
现代通信中，为提高通信效果，全双工的通信方式已经普遍应用在各种通信领域。
天线作为通信设备前端的重要组成部分，必然要能够同时在收发两个频段工作。
早期微带天线只能在很窄的频段上工作，支持收发两个频段比较困难。
随着技术的进步，宽带、多频段天线已经越来越多地应用在通信中。
降低微带天线的Q 值、附加寄生贴片、采用电磁耦合馈电和附加阻抗匹配网络等都是拓展带宽的措施。
多模单片法、加载单片法、几个贴片叠加在一起的多片法是实现微带天线多频段的常用手段。
理论上，这些方法适合频率间隔任意大的双频微带天线[4]。
本文对一种双频双圆极化微带天线进行了仿真设计，详细描述了天线的基本原理和结构形式，并在三维仿真软件中进行了电磁场仿真。
该天线采用单点馈电法[5]，在微带贴片上附加简并分离单元，使天线辐射圆极化波；两个贴片叠层放置，分别工作在不同的频段上，实现双频段。
最终，天线可以同时辐射两个圆极化波，并且旋向相反。
天线的结构非常简单，加工方便，成本低廉。
1 设计思想微带天线通过同轴单点馈电实现辐射圆极化波，是基于空腔模型的理论。
双频带圆极化紧凑型微带贴片阵列天线设计
双频带圆极化紧凑型微带贴片阵列天线设计何艳;邓长江;冯正和;杨虎【摘要】A dual-band circularly polarized patch array using a sequential-phase feeding network was presented.The array includes four metal patches and a metal square ring.Each rectangle patch was cut in diagonal corners,and was excited by feeding lines on the edge.The feeding lines are microstrip which are connected to the middle metal square ring.In addition,four patches are rotated arrangement.The middle mental square ring is not only a feeding network which provides increasing phase for circularly polarization,but also a radiator which enhances the performance of the array.With this feeding way,the patch array just has single-layer substrate and it is compact.In addition,it radiates circularly polarized patterns in two working bands.Through fabrication,test and measurement,the -10 dB impedance bandwidth of the patch array is 5. 17 GHz~5. 59 GHz and 5. 99 GHz~6. 27 GHz.The measured 3 dB AR bandwidth is 5. 19 GHz~5. 49 GHz and 6. 1 GHz~6. 18 GHz.%利用旋转馈电方法设计双频带圆极化的微带贴片阵列天线。
北斗宽波束“U”型槽双频微带天线的设计
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ＰｅｎｇＪｕｈｏｎｇ，ＷａｎｇＳｈｉｚｈａｎｇ，ＱｉｕＧｕｉｘｉａ，Ｙａｎｇ Ｗｅｉｍｉｎｇ
收稿日期：２０１７ ０６ １３； 修回日期：２０１７ ０８ １８。 基 金 项 目 ：国 家 自 然 科 学 基 金 （６１６０１１７５）。 作者 简 介：彭 菊 红 （１９７８ ），女，讲 师，主 要 从 事 射 频 微 电 子 学 方 向 的研究。
设计与应用
计 算 机 测 量 与 控 制 ．２０１８．２６（３） 犆狅犿狆狌狋犲狉 犕犲犪狊狌狉犲犿犲狀狋 牔 犆狅狀狋狉狅犾
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文章编号：１６７１ ４５９８（２０１８）０３ ０１２９ ０４ ＤＯＩ：１０．１６５２６／ｊ．ｃｎｋｉ．１１－４７６２／ｔｐ．２０１８．０３．０３３ 中图分类号：ＴＮ８２３ 文献标识码：Ａ
０ 引 言
北斗卫星导航系统作为我国独立研发经营的导航系统，已 逐步投入使 用，并 在 国 民 经 济 社 会 各 行 业 得 到 广 泛 应 用。同 时，随着卫星导航终端的日益普及，对终端天线的性能参数和 尺寸有了更高的要求。目前关于北斗圆极化天线的宽波束、小 型化、多频带及高性能的研究也成为了热点［１］。考虑北斗卫 星 在民用方面的应用，设计 出 能 够 满 足 工 作 在 北 斗 卫 星 Ｂ２ 频 段 （１２１０±１０ ＭＨｚ） 和 Ｂ３ 频 段 （１２６８±１０ ＭＨｚ） 的 双 频 微 带 天线具有一定意义。
（ＳｃｈｏｏｌｏｆＣｏｍｐｕｔｅｒａｎｄＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＨｕｂｅｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｗｕｈａｎ ４３００６２，Ｃｈｉｎａ） 犃犫狊狋狉犪犮狋：ＢｅｃａｕｓｅｏｆｔｈｅｓｐｅｃｉｆｉｃｄｅｍａｎｄｆｏｒＢｅｉｄｏｕｎａｖｉｇａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍ，ｔｈｅｓｙｓｔｅｍｒｅｑｕｅｓｔｓｔｈｅａｎｔｅｎｎａｔｏｂｅ，ｍｏｒｅｂａｎｄ，ｗｉｄｅｂｅａｍ， ｃｏｍｐａｃｔａｎｄｐｏｒｔａｂｌｅ，ｓｏｔｈａｔｗｅｓｅｌｅｃｔｔｈｅｄｅｓｉｇｎｏｆｂｒｏａｄｂａｎｄｒｅｃｔａｎｇｕｌａｒｐａｔｃｈｍｉｃｒｏｓｔｒｉｐａｎｔｅｎｎａ．Ｉｎａｃｃｏｒｄａｎｃｅｗｉｔｈｍｉｃｒｏ－ｓｔｒｉｐａｎｔｅｎ ｎａｄｕａｌ－ｆｒｅｑｕｅｎｃｙｃｉｒｃｕｌａｒｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎｔｈｅｏｒｙａｎｄＣｏａｘｉａｌｆｅｅｄ，ｔｈｅｍｉｃｒｏ－ｓｔｒｉｐａｎｔｅｎｎａｉｓｏｐｅｒａｔｅｄｓｉｍｕｌｔａｎｅｏｕｓｌｙｉｎｔｈｅＢｅｉｄｏｕＢ２ ｂａｎｄ （１２１０ ± １０ ＭＨｚ）ａｎｄｔｈｅＢ３ｂａｎｄ（１２６８ ± １０ ＭＨｚ）ｂｙｏｐｅｎｉｎｇｔｈｅ＂ Ｕ＂ｓｏｌｔｏｎｔｈｅｐａｔｃｈｔｏｒｅａｌｉｚｅｔｈｅｄｕａｌｆｒｅｑｕｅｎｃｙｏｆｔｈｅｍｉｃｒｏｓｔｒｉｐ ａｎｔｅｎｎａ．Ｔｈｅｄｅｓｉｇｎ ｍｅｔｈｏｄｏｆｔｈｉｓｐａｐｅｒｉｓｓｉｍｐｌｅａｎｄｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎａｎｄｐａｒａｍｅｔｅｒｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｏｆｔｈｅａｎｔｅｎｎａａｒｅｃａｒｒｉｅｄｏｕｔｂｙ ＨＦＳＳ． Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｉｔｓｒｅｔｕｒｎｌｏｓｓｂｅｌｏｗ －２０ｄＢ；ｉｔｓｇａｉｎｍｏｒｅｔｈａｎ３ｄＢｉｎｔｈｅｂａｎｄｗｉｄｔｈ；ｔｈｅａｘｉａｌｒａｔｉｏｏｆｔｈｅａｎｔｅｎｎａｂｅｌｏｗ６ｄＢ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｂｅａｍ ｈａｓｇｏｏｄｃｉｒｃｕｌａｒｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ，ｗｉｄｅｂｅａｍａｎｄｔｈｅｄｅｓｉｇｎｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓａｒｅａｃｈｉｅｖｅｄ．Ｍｏｒｅｏｖｅｒ，ｔｈｅ ｃｉｒｃｕｉｔｄｅｓｉｇｎ ｍｅｔｈｏｄｉｓｓｉｍｐｌｅ，ｔｈｅｍａｋｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓｉｓｓｉｍｐｌｅ，ａｎｄｔｈｉｓｃａｎｐｒｏｖｉｄｅｒｅｆｅｒｅｎｃｅｆｏｒｔｈｅａｃｔｕａｌａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ． 犓犲狔狑狅狉犱狊：ｍｉｃｒｏｓｔｒｉｐａｎｔｅｎｎａ；ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃａｎｔｅｎｎａ；ｄｏｕｂｌｅｂａｎｄ；ｗｉｄｅｂｅａｍ；“Ｕ”Ｓｌｏｔ
双频双圆极化北斗天线的设计
双频双圆极化北斗天线的设计钱建增;张辉;郭滨;邢红兵;王洪金【摘要】设计了一种的小型化的双频双圆极化微带天线.对两个工作于主模的正方形贴片,通过采用对角切角方法,在北斗卫星导航系统的S频段实现右圆极化.通过蚀刻不对称臂U型槽结构,在北斗卫星导航系统的L频段实现左圆极化与小型化.其相比对普通的圆极化天线尺寸减小了24％,使用HFSS进行仿真,仿真结果表明本天线可以达到北斗系统对天线的各项指标要求.【期刊名称】《电子科技》【年(卷),期】2015(028)006【总页数】4页(P111-114)【关键词】北斗卫星导航系统;微带天线;圆极化;小型化【作者】钱建增;张辉;郭滨;邢红兵;王洪金【作者单位】江苏大学计算机科学与通信工程学院,江苏镇江212013;江苏大学计算机科学与通信工程学院,江苏镇江212013;镇江红宝利电子有限公司,江苏镇江212000;镇江红宝利电子有限公司,江苏镇江212000;江苏大学计算机科学与通信工程学院,江苏镇江212013【正文语种】中文【中图分类】TN820.1+1;P228.4北斗卫星导航系统(BeiDou Navigation Satellite System，BDS)是我国自行研制的全球卫星定位与通信系统，是继美国全球卫星定位系统(Global Positioning System，GPS)和俄罗斯全球卫星导航系统(Global Navigation Satellite System，GLONASS)之后第3个成熟的卫星导航系统。
北斗卫星导航系统由空间端、地面端和用户端3部分组成。
空间端包括5颗静止轨道卫星和30颗非静止轨道卫星。
地面端包括主控站、注入站和监测站。
北斗卫星导航系统中的S频段和L频段可以实现位置定位和北斗短信的收发，在日常交通特别是在海洋运输和渔船劳作中发挥着重要的作用。
天线作为收发信号的转换媒介对通信系统至关重要。
由于电磁波在穿透电离层时会发生法拉第旋转效应，线极化电波信号会产生极化面相对入射波的旋转，而圆极化对所有的平面极化效应相当且不需要地球平面作为参考，因此卫星通信中通常采用圆极化天线［1－2］。
双频双圆极化小型化微带天线的设计
双频双圆极化小型化微带天线的设计钱能【摘要】随着卫星技术的不断发展,无线通信应用范围变得更加广泛.为了满足无线通信技术对天线光性能的要求,提出了双频双圆极化小型化微带天线的设计.首先简要介绍微带天线基本理论,其次分析微带天线基本技术,再次采用微带天线双频技术、微带天线圆极化技术、微带天线小型化技术设计小型化微带天线,最后采取仿真实验验证设计方案的可行性.仿真实验结果表明,设计方案带宽增益在6 dBi以上,驻波低于2,满足设计要求.【期刊名称】《通信技术》【年(卷),期】2018(051)009【总页数】5页(P2252-2256)【关键词】双频;双圆极化;小型化;天线【作者】钱能【作者单位】浙江邮电职业技术学院通信工程学院,浙江绍兴 312000【正文语种】中文【中图分类】TN919.3+40 引言空间技术的快速发展，使得卫星通信逐渐完善，在人类社会生活中占据重要地位。
圆极化天线信号接收能力较强，不易受到外界干扰。
在实际运行过程中，电磁波在电离层发生反应产生法拉第旋转效应，使得圆极化微带天线广泛应用于卫星通信系统，也得到了众多研究学者的关注[1]。
卫星终端天线对天线体积要求较高，需要采用小型化技术构造。
为此，本文提出了一种双频双圆极化小型化微带天线设计。
1 微带天线基本理论微带天线指的是一种利用薄介质基片构造的金属天线，由两面构成，其中一面是金属薄层接地板，另外一面是特制形状的金属贴片。
该贴片采用的制造方法为光刻腐蚀法[2]。
目前，应用较多的微带天线有4种类型，包括微带贴片天线、微带振子天线、微带行波天线和微带缝隙天线[3]。
其中，微带贴片天线由辐射贴片、介质基板和接地板3部分构成；微带振子天线采用的敷设贴片为细线振子或者片状振子；微带行波天线在微带线发生周期性变化产生辐射时而生成；微带缝隙天线选取微带线耦合馈电作为主要馈电方式完成相应操作[4]。
本文选择微带天线作为研究对象，因为该类型天线与其他类型天线相比存在以下3项优势：（1）体积小、剖面较薄、形状容易控制、重量轻，在运行过程中不易受到外界干扰，载体机械结构安全性较高；（2）将器件与有源电路结合到一起形成组件，加工流程简单，成本低，支持批量生产；（3）支持多频段、双极化、圆极化运行[5]。
卫星导航接收机系统中的多层圆极化微带天线设计
卫星导航接收机系统中的多层圆极化微带天线设计王喜龙;魏昆【期刊名称】《现代电子技术》【年(卷),期】2015(000)009【摘要】Several circularly polarized receiving antennas with different frequency in small space are placed on satellite naviga⁃tion receiver system. The double⁃deck circularly polarized antenna,which receives signals from the GPS with L1 frequency point and L2 frequency point is studied and designed to save space. The double⁃deck antenna consists of two separate single feed point antenna,which is working at L1 frequency range and L2 frequency range independently,right⁃hand circular polarization and left⁃hand circular polarization of the antenna is workingas receiving antenna and sending antenna. It′s easy to debug and in⁃stall since the antenna is processed with 4 mm thickness composite material. The simulation analysis and optimization proved that the designed antenna with high gain,excellent polarization and qualifies bandwidth requirement,and it is suitable for satel⁃lite navigation receiver system application.%卫星导航接收机系统有时需要在较小的区域中放置多个不同频率的圆极化接收天线。
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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。
通过仿真结果图来进一步说明天线的具体的性能参数，如图4所示，回波损耗S11是天线的重要参数之一，回波损耗是由于阻抗不匹配产生的反射损耗，所以S11间接反映了天线的阻抗匹配程度。
在工程之中，一般认为S11≤-10dB天线就拥有良好的阻抗匹配程度，由上图可知，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。
图5为本次仿真数据所得的VSWR图，驻波比同样也是反映天线阻抗匹配的参数之一，当反射系数等于0时，驻波比为1，此时天线与馈线完美匹配，高频能量被全部辐射了出去，没有能量的反射损耗，天线得到了最大功率。
驻波比越大，天线效率越差。
在工程之中，一般要求天线的VSWR＜2，由图5可知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，说明天线的阻抗匹配十分优秀。
图6为为仿真得到的输入阻抗，介电常数为4.4、损耗角正切为0.02，厚度为1.6mm的介质板的特性阻抗约50Ω，根据S11以及VSWR图，可以看出设计的天线有着良好的阻抗匹配，可以验证天线的性能，查看一下天线的输入阻抗。
由图6可知该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，和预想结果基本一致。
作为一款双频卫星导航天线，轴比AR是衡量其圆极化性能最重要的参数，在北斗二代的双频点附近应满足于AR≤3dB，图8为最终结果的轴比图。
由图可以看出，天线频率在1.205GHz-1.209GHz处的轴比接近于3dB，圆极化程度一般；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。