CN105305050A

CN105305050A - 一种圆形切弧微带天线

Info

Publication number: CN105305050A
Application number: CN201510724692.9A
Authority: CN
Inventors: 不公告发明人
Original assignee: OLINKSTAR CO Ltd
Current assignee: OLINKSTAR CO Ltd
Priority date: 2015-10-29
Filing date: 2015-10-29
Publication date: 2016-02-03

Abstract

本发明提出的一种圆形切弧微带天线，采用圆形切弧微带辐射方式，和普通矩形微带相比带宽提高一倍以上，特别适合于北斗三代BOC调制方式带宽较宽的要求。包括金属辐射板、介质基板和金属反射底板，金属辐射板和金属反射底板分别设置于介质基板的上面和下面；金属辐射板的形状为切除两条弧的圆形，用于辐射出圆极化波；所述两条切弧所对应的圆心角是对顶角；在金属辐射板上设置同轴馈电点，用于馈入电磁波信号。

Description

一种圆形切弧微带天线

技术领域

本发明属于卫星导航技术领域，特别是涉及一种圆形切弧微带天线，适用于北斗卫星导航系统，也适用于包括美国的GPS系统、欧洲的伽利略系统、俄罗斯的GLONASS系统在内的各种导航卫星系统。

背景技术

卫星导航天线按极化方式可以分为线极化和圆极化两种天线。线极化天线实现方式简单，一般用于手机等对定位精度要求不高的非专业导航设备中。卫星导航接收机等专业导航设备中一般采用圆极化天线。目前，美国GPS系统，俄罗斯GLONASS系统，中国的北斗系统均采用圆极化波的形式发射卫星信号。圆极化波具有多种优点，例如可以通过左右旋圆极化实现收发信号的隔离，方便车辆船舶在运动的情况下接收，还方便导航卫星和附近同轨道非导航卫星实现极化兼容。目前北斗二代使用二进制调相(BPSK)的调制方式，而北斗三代使用二进制偏移载波(BOC)的调制方式。北斗二代和北斗三代的两种调制信号，通过频分复用的方式避免了相互干扰，充分利用了不同频段的频谱资源。但是，北斗三代BOC调制信号带宽(例如B3频点带宽40.96MHz)，比北斗二代BPSK调制信号带宽(例如B3频点带宽20.48MHz)宽一倍，因此对接收天线的工作带宽提出了新的要求。

发明内容

本发明针对目前矩形微带天线带宽较窄的不足，提出一种圆形切弧微带天线，尤其适用于北斗三代卫星导航系统，采用圆形微带辐射方式，通过切去两条弧来实现圆极化。本发明提出的圆形切弧微带天线和普通矩形微带天线相比，带宽提高一倍以上，完全满足了北斗三代BOC调制方式对天线带宽的要求。

本发明的技术方案是：

1.一种圆形切弧微带天线，其特征在于，包括金属辐射板、介质基板和金属反射底板，所述金属辐射板和金属反射底板分别设置于介质基板的上面和下面；所述金属辐射板的形状为切除两条弧的圆形，用于辐射出圆极化波；所述两条切弧所对应的圆心角是对顶角；在金属辐射板上设置同轴馈电点，用于馈入电磁波信号。

2.所述金属反射底板设置于介质基板的下表面，或距离介质基板的下表面有一定的距离。

3.所述金属辐射板设置于介质基板的上表面。

4.所述金属辐射板的圆半径约为切弧的深度在之间；其中，1λ为天线工作中心频点在自由空间中的一个波长，ε为介质基板的介电常数。

5.所述金属辐射板的两条切弧垂直于金属辐射板的竖直纵轴并被所述纵轴所平分，或垂直于金属辐射板的水平横轴并被所述横轴所平分；所述馈电点设置在金属辐射板的横轴和与纵轴的角平分线上。

6.所述馈电点到金属辐射板中心距离在的基础上进行微调，微调范围一般不超过20％；1λ为天线工作中心频点在自由空间中的一个波长，ε为介质基板的介电常数。

7.所述介质基板选择高介电常数材料，以减小所述微带天线辐射板的尺寸。

8.所述介质基板厚度范围选择在0.01λ～0.15λ之间，较厚的介质基板以提高天线的辐射效率和工作带宽。

9.所述微带天线金属辐射板和金属反射底板之间也可以使用空气充当介质基板。

本发明的技术效果：

本发明提出的一种圆形切弧微带天线，具有以下特点：

1.本发明微带天线的金属辐射板采用圆形切弧的形状，圆半径约为切弧的深度在之间；其中，1λ为天线工作中心频点在自由空间中的一个波长，ε为介质基板的介电常数。本发明的圆形切弧微带天线的相对带宽(即天线带宽/天线中心频率)为10％；而矩形微带天线相对带宽仅为3.5％，和普通矩形微带天线相比，带宽提高了一倍，以B3频点为例，本发明的圆形切弧微带天线中心频点为1268.52MHz，相对带宽为10％，即127MHz，完全满足北斗三代BOC调制方式对天线带宽要求较宽的要求，特别适合于北斗三代卫星导航系统。

2.本发明的圆形切弧微带天线是右旋圆极化天线，还是左旋圆极化天线，是由切弧和馈电点之间的相对位置确定的。当金属辐射板的两条切弧垂直于金属辐射板的竖直纵轴Y轴并被所述纵轴所平分，或垂直于金属辐射板的水平横轴X轴并被所述横轴所平分，馈电点在X轴和Y轴的45度角平分线上时，天线轴比最好；当两条切弧垂直于Y轴的情况下；馈电点在1,3象限X轴和Y轴的45度角平分线上，天线为左旋圆极化天线；馈电点在2,4象限X轴和Y轴的45度角平分线上，天线为右旋圆极化天线；当两条切弧垂直于X轴的情况下；馈电点在1,3象限X轴和Y轴的45度角平分线上，天线为右旋圆极化天线；馈电点在2,4象限X轴和Y轴的45度角平分线上，天线为左旋圆极化天线。因此，本发明的圆形切弧微带天线对使用环境中的多径反射波有出色的抑制能力。

附图说明

图1为本发明的圆形切弧微带天线结构示意图。

图2是圆形切弧的金属辐射板实施例示意图。

图3为本发明的圆形切弧微带天线的驻波图。

图4为本发明的圆形切弧微带天线的方向图。

附图标记列示如下：1-金属反射底板，2-馈电点，3-介质基板，4-金属辐射板。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例做进一步的详细说明。

如图1所示，为本发明的圆形切弧微带天线结构示意图。一种圆形切弧微带天线，包括金属辐射板4、介质基板3和金属反射底板1；金属辐射板4和金属反射底板1分别设置于介质基板3的上面和下面；金属辐射板4的形状为切除两条弧的圆形，用于辐射出圆极化波，其中，两条切弧是相对应的位置，两条切弧所对应的圆心角是对顶角；在金属辐射板4上设置同轴馈电点2，用于馈入电磁波信号。本实施例的介质基板3为和金属反射底板1为圆形，金属反射底板1设置于介质基板3的下表面，也可以距离介质基板3的下表面有一定的距离；金属辐射板4设置于介质基板3的上表面，金属辐射板4和介质基板3可以在金属反射底板1的边角、中心或任何地方，本实施例中，金属辐射板4和介质基板3位于金属反射底板1的中心。

图2是圆形切弧的金属辐射板实施例示意图。过圆形金属辐射板中心的两条相互垂直的横轴和纵轴分别为X轴和Y轴，在圆形金属辐射板上横向切除垂直于+Y轴和-Y轴的两条弧，并且这两条弧分别被+Y轴和-Y轴所平分，(或在金属辐射板上纵向切除垂直于+X轴和-X轴的两条弧，并且这两条弧分别被+X轴和-X轴所平分)，即可辐射出圆极化波。本实施例的金属辐射板4的圆半径为切去的部分为弓形，弓形的高度即切弧深度，切弧的深度在之间；其中，1λ为天线工作中心频点在自由空间中的一个波长，ε为介质基板的介电常数。

上述实施例的圆形切弧微带天线实现圆极化的方式是，通过在X轴和Y轴的45度角平分线上的馈电点将电场分量等分为X轴分量和Y轴分量。馈电点的位置理论上可以在金属辐射板上的任何位置，如果馈电点不在X轴和Y轴的45度角平分线上时，电场分量不能被等分，所以天线轴比变差。馈电点在X轴和Y轴的45度角平分线上时，天线轴比最好。馈电点到圆中心距离不变，向X轴或者Y轴靠近，天线轴比变差。当馈电点在X轴或者Y轴上时，天线轴比接近无穷大，天线变为线极化天线。馈电点从45度角平分线向X轴或者Y轴靠近，是天线从圆极化天线逐渐转变为线极化天线的过程。

圆形切弧微带天线是右旋圆极化天线，还是左旋圆极化天线，是由切弧和馈电点之间的相对位置确定的。切弧垂直于Y轴的情况下；馈电点在1,3象限X轴和Y轴的45度角平分线上，天线为左旋圆极化天线；馈电点在2,4象限X轴和Y轴的45度角平分线上，天线为右旋圆极化天线。切弧垂直于X轴的情况下；馈电点在1,3象限X轴和Y轴的45度角平分线上，天线为右旋圆极化天线；馈电点在2,4象限X轴和Y轴的45度角平分线上，天线为左旋圆极化天线。

随着馈电点的位置沿着金属辐射板X轴和Y轴的45度角平分线从金属辐射板中心向边沿移动，天线阻抗逐渐变大。馈电点在金属辐射板中心时，天线阻抗趋近于零欧姆，馈电点在金属辐射板边沿时，阻抗趋近于300欧姆。当馈电点到金属辐射板中心距离合适时，天线阻抗移动到50欧姆，以便实现和其他电子器件的阻抗匹配。当阻抗完全匹配时，信号传输损失最小。一般馈电点到金属辐射板中心距离在的基础上进行微调，微调范围一般不超过20％。

本实施例中的同轴馈电点2具体实施时，可使用SMA-KFD系列同轴连接器，将SMA接头固定在金属反射底板1上面，并将SMA-KFD同轴连接器的信号芯，穿过介质基板3和金属辐射板4焊接在一起。本发明可使用多种同轴连接器，这里只是用SMA-KFD系列举例说明具体安装方式，并不限于SMA-KFD系列。

另外，还可以通过选用不同介电常数的介质基板3调整金属辐射板4的尺寸，介质基板3可以选择高介电常数材料，以减小所述微带天线辐射板的尺寸。并且介质基板4的厚度也影响天线的辐射效率和工作带宽，本实施例介质基板厚度范围选择在0.01λ～0.15λ之间，以提高天线的辐射效率和工作带宽。微带天线金属辐射板和金属反射底板之间也可以使用空气充当介质板，不使用介质基板。

图3为本发明的圆形切弧微带天线的驻波图。纵坐标代表驻波比，横坐标是频率，函数曲线表示各个频率点上天线的驻波比。驻波比理想值等于1，表示馈线和天线的阻抗完全匹配，此时高频能量全部被天线辐射出去，没有能量的反射损耗；驻波比为无穷大时，表示全反射，能量完全没有辐射出去。

图4为本发明的圆形切弧微带天线的方向图。天线方向图是指在离天线一定距离处，辐射场的相对场强(归一化模值)随方向变化的图形，半径坐标(-35～15)表示天线增益，用dB表示，角度坐标表示天线辐射或接收电磁波的角度，函数曲线表示天线向各个方向辐射或接收电磁波能力的强弱，用dB表示。

应当指出，以上所述具体实施方式可以使本领域的技术人员更全面地理解本发明创造，但不以任何方式限制本发明创造。因此，尽管本说明书和实施例对本发明创造已进行了详细的说明，但是，本领域技术人员应当理解，仍然可以对本发明创造进行修改或者等同替换；而一切不脱离本发明创造的精神和范围的技术方案及其改进，其均涵盖在本发明创造专利的保护范围当中。

Claims

2.根据权利要求1所述的圆形切弧微带天线，其特征在于，所述金属反射底板设置于介质基板的下表面，或距离介质基板的下表面有一定的距离。

3.根据权利要求1或2所述的圆形切弧微带天线，其特征在于，所述金属辐射板设置于介质基板的上表面。

4.根据权利要求1所述的圆形切弧微带天线，其特征在于，所述金属辐射板的圆半径约为切弧的深度在之间；其中，1λ为天线工作中心频点在自由空间中的一个波长，ε为介质基板的介电常数。

5.根据权利要求4所述的圆形切弧微带天线，其特征在于，所述金属辐射板的两条切弧垂直于金属辐射板的竖直纵轴并被所述纵轴所平分，或垂直于金属辐射板的水平横轴并被所述横轴所平分；所述馈电点设置在金属辐射板的横轴和与纵轴的角平分线上。

6.根据权利要求5所述的圆形切弧微带天线，其特征在于，所述馈电点到金属辐射板中心距离在的基础上进行微调，微调范围一般不超过20％；1λ为天线工作中心频点在自由空间中的一个波长，ε为介质基板的介电常数。

7.根据权利要求6所述的圆形切弧微带天线，其特征在于，所述介质基板厚度范围选择在0.01λ～0.15λ之间，以提高天线的辐射效率和工作带宽。

8.根据权利要求1所述的圆形切弧微带天线，其特征在于，所述介质基板选择高介电常数材料，以减小所述微带天线辐射板的尺寸。

9.根据权利要求1所述的圆形切弧微带天线，其特征在于，所述微带天线金属辐射板和金属反射底板之间也可以使用空气充当介质基板。