北斗GPS邻近频段双定位体系月牙缝隙阵列天线

摘要

北斗GPS邻近频段双定位体系月牙缝隙阵列天线，涉及一种微带天线。设有上下介质基板，在上介质基板上表面设有两个平行的辐射贴片，每个辐射贴片的四角均加载两个月牙缝隙耦合相位控制结构；两个辐射贴片均采用同轴线偏馈的方式馈电，馈电点分别垂直和水平偏离所在辐射贴片中心相同距离，上介质基板下表面为反射地板；下介质基板上表面为馈电网络的地板，所述馈电网络的地板与上介质基板地板紧贴导通，下介质基板下表面设有一分二功分器馈电网络，通过同轴通孔对上介质基板的辐射贴片馈电，功分器的输出相位差为90°。功分器通过对两个辐射贴片的幅度和相位的控制，可以影响天线整体的圆极化特性。

说明书

技术领域

本发明涉及一种微带天线，尤其是涉及一种北斗GPS邻近频段双定位体系月牙缝隙阵列天线。

背景技术

飞跃式发展的科学技术，使得卫星导航产业更加广泛的应用。全球卫星导航系统(GNSS)，和互联网、移动通信一起成为21世纪又一支柱技术。全球卫星导航系统用以提供高精度定位、精确授时和卫星通讯等服务，在人类社会中扮演越来越关键的角色。目前，全球有四大卫星导航系统，它们分别是美国全球定位系统(GPS)、俄罗斯GLONASS系统、欧洲GALILEO系统以及中国北斗系统。将来技术的不断创新和经济的迅猛发展，还将有更多的导航系统出现，同时复杂环境中无线电波的衍射、反射和散射形成的多径效应使得单一系统的缺点更加难以控制，导致导航精度的准确性下降。

而天线作为导航信号收发的关键部件，其性能好坏，直接影响导航终端的整体性能。目前对卫星导航天线的研究主要集中在圆极化、多频多模兼容、小型化、波束赋形和抗干扰等领域，对于高精度定位的研究较少涉及。而随着信息技术的不断创新，导航应用需求的不断提高，人们对定位的精确度和时效性越来越苛刻，研究满足高精度定位需求的卫星导航天线的高性能卫星导航天线是当务之急。

卫星导航终端天线需要接收卫星信号进行定位，卫星数量越多，误差越小，定位精度越高。目前，全球卫星导航系统数量越来越多，单个系统的卫星数是有限的，定位精度也是有限的，若将多个卫星的导航系统结合起来，那个对于一个定点接收机，其接收信号的星数将倍数增加，导航定位精度将大幅度提升。

而微带天线本身具有很多相当卓越的性能，如剖面薄、轻便、低造价、易共形、容易制作等，在卫星导航系统中有非常可观的使用价值，容易满足卫星导航天线所需的圆极化特性和多频特性。

正因如此，对于宽频覆盖双定位体系近邻频段的微带天线的研究具有十分重要的工程价值和理论意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种结构新颖、性能优异的兼容北斗二代卫星导航系统B2频段及GPS卫星导航系统L2频段的北斗GPS邻近频段双定位体系月牙缝隙阵列天线。

本发明设有上介质基板和下介质基板，在上介质基板上表面设有两个平行的辐射贴片，每个辐射贴片的四角均加载两个月牙缝隙耦合相位控制结构，月牙缝隙耦合相位控制结构用于控制天线单元2对正交辐射缝隙的相差及振幅，展宽阻抗带宽并调整天线辐射的极化特性；两个辐射贴片均采用同轴线偏馈的方式馈电，馈电点分别垂直和水平偏离所在辐射贴片中心相同距离，上介质基板下表面为反射地板；下介质基板上表面为馈电网络的地板，所述馈电网络的地板与上介质基板地板紧贴导通，下介质基板下表面设有一分二功分器馈电网络，通过同轴通孔对上介质基板的辐射贴片馈电，功分器的输出相位差为90°。功分器通过对两个辐射贴片的幅度和相位的控制，可以影响天线整体的圆极化特性。

所述上介质基板可采用双面覆铜陶瓷基板、双面覆铜环氧复合板、双面覆银陶瓷基板或双面覆银环氧复合板，上介质基板相对介电常数为3.0～9.0。

所述下介质基板可采用双面覆铜陶瓷基板、双面覆铜环氧复合板、双面覆银陶瓷基板或双面覆银环氧复合板，下介质板相对介电常数为1.5～6.0。

所述上介质基板的轮廓可为矩形，宽可为50.0～86.0mm，长可为100～172mm，厚可为1.60～3.00mm。

所述下介质基板的轮廓可为矩形，宽可为50.0～86.0mm，长可为100～172mm，厚可为0.50～2.00mm。

所述辐射贴片可采用正方形辐射贴片，正方形辐射贴片的边长可为26.0～48.0mm，两个辐射贴片之间的距离可为12～20mm。

所述月牙缝隙耦合相位控制结构到邻边的距离可为1.80～3.10mm，月牙缝隙耦合相位控制结构的圆心位于辐射贴片的边上，外弧半径可为3.60～6.20mm，内弧半径可为2.00～3.40mm，月牙均由远离角部处右外向内生成，月牙圆弧张角可为166°～178°。

所述同轴馈电点偏离所在正方形辐射贴片中心的距离可为7.80～13.5mm。

所述反射地板的宽可为50.0～86.0mm，长可为100～172mm。

所述馈电网络的地板的宽可为50.0～86.0mm，长可为100～172mm。

所述一分二功分器馈电网络的输入端宽可为2.50～4.30mm，长可为13.0～23.0mm，输入端连接两个四分之一阻抗变换器，阻抗变换器宽为0.60～1.10mm，长可为25.0～43.0mm，再分别连接两条传输线，传输线的长度差可为24.0～41.6mm，宽可为1.30～2.10mm，两条传输线中间连接一个100Ω的贴片电阻。

与常规微带天线相比较，本发明具有以下突出优点和显著效果：

本发明采用角部加载两个月牙缝隙耦合相位控制结构的辐射贴片，与常规凹槽结构相比，具有更好的圆极化特性，通过调整月牙缝隙耦合相位控制结构到邻边的距离可以调整天线的匹配性能，调整月牙缝隙耦合相位控制结构内弧半径及外弧半径的大小则可以调整中心频率处的陷波程度，结合正方形辐射贴片，可以覆盖北斗二代卫星导航系统B2频段及GPS卫星导航系统L2频段；本发明采用二元天线阵列，可以通过控制双元结构的馈电幅度和相位使得两个辐射贴片的振幅相等、相位相差90°，进而使天线整体具有很好的圆极化特性。本发明回波损耗小，频带内大部分回波损耗在-17.5dB以下。此天线结构新颖、性能优异，满足北斗导航系统以及GPS导航系统定位天线的需求，可以很好的应用于高精度卫星定位天线。

附图说明

图1为本发明实施例的结构示意图。

图2为本发明实施例的侧面示意图。

图3为本发明实施例的上介质基板上表面示意图。

图4为本发明实施例的下介质板下表面示意图。

图5为本发明实施例的回波损耗(S₁₁)性能图。

图6为本发明实施例1.222GHz时的xoy和xoz面增益方向图。图中坐标为极坐标。

图7为本发明实施例1.222GHz时的轴比图。图中坐标为极坐标。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明作进一步说明。

参照图1和2，图1中标注1为上介质基板的上表面良导体层，即上表面的辐射贴片，图2中标注2为上层高性能陶瓷介质基板，图2中标注3为上介质基板下表面良导体层，即反射地板。图2中标注4为下介质基板上表面良导体层，即馈电网络的地板，图2中标注5为下层高性能陶瓷介质基板，图2中标注6为下介质基板下表面良导体层，即馈电网络。

参照图1和3，标注7为100Ω的贴片电阻，上介质基板的介电常数是6.15，介质基板轮廓是矩形，长Sub2 120±0.1mm，宽Sub 60.0±0.1mm，厚2.5±0.1mm。所述两个正方形辐射贴片的边长P为45.2±0.1mm。所述月牙缝隙耦合相位控制结构内弧半径Pr1为3.1±0.1mm，外弧半径Pr为3.9±0.1mm，到邻边的距离Load为2.5±0.1mm，月牙圆弧张角deg为170°。所述两个辐射贴片的距离Gap为16.0±0.1mm。所述馈电点偏离所在贴片中心距离Fx为9.5±0.1mm。

参照图2和图4，下介质基板的介电常数是4.4，厚度为1.00mm，所述一分二功分器馈电网络由入射端、四分之一阻抗变换器和输出端组成,馈电网络入射端宽W1为3.5±0.1mm，长L1为19.5±0.1mm,四分之一阻抗变换器L2为14.5±0.1mm，L3为13.5±0.1mm，宽W2为0.8±0.1mm,外弧半径r1为2.0±0.1mm，内弧半径r2为1.2±0.1mm，输出端一条传输线的L4为5.7±0.1mm，L6为45.0±0.1mm，L7为7.9±0.1mm，L8为16.5±0.1mm，宽1.6±0.1mm，另一条传输线的长L4为5.7±0.1mm，L5为39.0±0.1mm，宽W3为1.6±0.1mm。

参照图1和图3，所述反射地板的长120±0.1mm，宽60.0±0.1mm。

参照图2和图4，所述馈电网络地板长120±0.1mm，宽60.0±0.1mm。

参照图5可以看出，本发明天线在所需频带1.205GHz～1.238GHz内，回波损耗S11均小于-20dB，在中心频点1.222GHz处的回波损耗为-29dB，绝对带宽33MHz，回波损耗S11小于-10dB(即VSWR小于2)的带宽更宽，达到400MHz以上。

参照图6，为1.222GHz时xoz面增益方向图和xoy面增益方向图。

参照图7，为1.222GHz时天线的轴比图。

整体来说该天线具有结构新颖、性能优异且兼容北斗二代卫星导航系统B2频段及GPS卫星导航系统L2频段的特点。

参见表1，表1给出了本发明的制造加工误差对天线在1.222GHz的影响情况。

表1

注：表1中数据已有一定冗余，各参数之间有一定关联性，给出的是均衡特性，可根据需优化结构参数完成特殊设计。