CN106025534A - 一种多频北斗高精度天线 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种多频北斗高精度天线，涉及天线技术领域。所述天线包括天线辐射体和馈电网络，馈电网络通过探针给所述天线辐射体馈电，其中，天线辐射体包括辐射体介质板和辐射贴片，所述辐射贴片通过光刻腐蚀在所述辐射体介质板的表面，所述辐射贴片为矩形，在其四条边上分别设有一LC集总元件。本发明提出的北斗多频高精度天线，在辐射贴片上加载了LC集总元件，采用了微带天线结合多馈电技术实现多频工作特性和稳定相位中心特性。

Description

一种多频北斗高精度天线
技术领域
本发明涉及天线技术领域，特别是涉及多频段工作的北斗高精度天线。
背景技术
北斗卫星导航系统是我国独立开发的具有自主知识产权的卫星导航系统，具有受昼夜、季节、气象条件等外界条件影响限制较小，导航定位精度高，定位速度快，可靠性高等优点。一般民用卫星导航系统的精度可达到米级，随着无线电技术的发展和进步，高精度卫星定位系统逐渐被广泛地应用，如公路、铁路测量，地面增强系统的基准站，大地测量等。其精度可达到毫米级。天线作为高精度卫星导航系统的关键设备，在提高系统的精度方面起到了至关重要的作用。高精度卫星导航系统要求天线多频段工作，同时具有稳定的相位中心、轴比低，方向图在低仰角具有一定的锐截止特性。
高精度天线为实现多频工作特性，一是采用宽频带的平面螺旋或者螺旋缝隙天线（包括变形结构），并采用多馈电技术实现多频、宽带同时具有稳定相位中心的天线，如国外的烽火轮天线，在此基础上为提高抗多径效果，经常在天线背面附加扼流圈；此类天线辐射体结构较为复杂；二是采用多层叠加的微带天线结合多馈电技术实现多频带工作特性，但是此类天线相位中心由于天线结构是立体结构，因此的不同频段对应的相位中心不在一起。为提高天线的抗多径效应在天线背面也可采用扼流圈。
发明内容
本发明的一个目的是要提供一种多频北斗高精度天线，实现了多频段工作特性，同时因采用了单个微带辐射贴片，避免了不同频段对应的相位中心不一致的问题。
特别地，本发明提供了一种多频北斗高精度天线，包括天线辐射体和馈电网络，馈电网络通过探针给所述天线辐射体馈电，其中，
天线辐射体包括辐射体介质板和辐射贴片，所述辐射贴片通过光刻腐蚀在所述辐射体介质板的表面，所述辐射贴片为矩形，在其四条边上分别设有一LC集总元件。
进一步地，所述辐射贴片包括矩形辐射贴片和矩形环型辐射贴片，所述矩形辐射贴片内嵌在所述矩形环型辐射贴片内。
进一步地，所述LC集总元件设置在所述矩形辐射贴片和所述矩形环型辐射贴片的四条边的中心处，每个所述LC集总元件分别电连接所述矩形辐射贴片和所述矩形环型辐射贴片。
进一步地，所述馈电网络中构建有四个馈电位置，用于为所述天线辐射体的工作供电。
进一步地，所述馈电网络包括馈电网络介质板、金属地板和馈电电路，所述馈电网络介质板紧贴所述辐射体介质板设置，所述金属地板通过光刻腐蚀在所述辐射体介质板和所述馈电网络介质板之间，所述馈电电路光刻腐蚀在所述馈电网络介质板的底面上。
进一步地，所述馈电电路为一分四的功分网络，用于提供幅度相等相位差的功分电路，为所述天线辐射体的工作供电。
进一步地，在所述金属地板的中心位置附近设置有四个通孔，所述四个通孔相对于所述金属地板的中心圆对称排列，所述馈电电路通过探针穿过所述四个通孔为所述辐射贴片进行馈电。
进一步地，在所述矩形辐射贴片上位于其四条边的中心处设有馈电点，所述金属地板上的四个通孔分别对应于所述馈电点来设置。
与现有技术相比较，本发明的优点在于：
本专利提出的北斗多频高精度天线，在辐射贴片上加载了集总元件，采用了微带天线结合多馈电技术实现多频工作特性和稳定相位中心特性。
进一步地，与其他高精度天线不同，本专利并没有采用多层微带天线，而是提出了在单个微带辐射贴片上加载LC集总元件的方法实现了多频段工作特性，同时因采用了单个微带辐射贴片，避免了不同频段对应的相位中心不一致的问题。本专利提出的天线可单独作为北斗系统的高精度天线使用。另外，本发明也可配合扼流圈进一步提高天线的抗多径特性，提高系统精度。
根据下文结合附图对本发明具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本发明的上述以及其他目的、优点和特征。
附图说明
后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本发明的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。附图中：
图1是根据本发明实施例的多频北斗高精度天线的整体结构示意图；
图2是图1所示的多频北斗高精度天线的示意性侧视图；
图3是图1所示的多频北斗高精度天线中的辐射贴片的结构示意图；
图4是图1所示的多频北斗高精度天线中的金属地板的结构示意图；
图5为本发明实施例所描述的多频北斗高精度天线的S11仿真图；
图6为图5中的f1工作频段的天线增益方向图；
图7为图5中的f2、f3工作频段的天线增益方向图；
图8为本发明在f1、f2、f3工作频段天线相位方向图；
图9为本发明实施例中的LC集总元件的电路结构图。
其中：
1、辐射体介质板；2、馈电网络介质板；3、金属地板；301、通孔；4、辐射贴片；401、矩形辐射贴片；402、矩形环型辐射贴片；403、馈电点；404、LC集总元件；5、馈电电路。
具体实施方式
图1是根据本发明实施例的多频北斗高精度天线的整体结构示意图；图2是图1所示的多频北斗高精度天线的示意性侧视图。
本实施例所描述的多频北斗高精度天线，一般性地包括天线辐射体和馈电网络，天线辐射体和馈电网络通过焊接或者机械固定的方式固定，馈电网络通过探针给所述天线辐射体馈电，其中，
天线辐射体包括辐射体介质板1和辐射贴片4，所述辐射贴片4通过光刻腐蚀在所述辐射体介质板1的表面，所述辐射贴片4为矩形，在其四条边上分别设有一LC集总元件404。所述LC集总元件404为由电容和电感串联或者并联连接所构成的电路。
图3是图1所示的多频北斗高精度天线中的辐射贴片4的结构示意图，所述辐射贴片4包括矩形辐射贴片401和矩形环型辐射贴片402，所述矩形辐射贴片401内嵌在所述矩形环型辐射贴片402内。
进一步地，所述LC集总元件404设置在所述矩形辐射贴片401和所述矩形环型辐射贴片402的四条边的中心处，实现了三频辐射特性,每个所述LC集总元件404分别电连接所述矩形辐射贴片401和所述矩形环型辐射贴片402。
本实施例所提出的北斗多频高精度天线，在辐射贴片4上加载了LC集总元件，采用了微带天线结合多馈电技术实现多频工作特性和稳定相位中心特性。
进一步地，所述馈电网络中构建有四个馈电位置，用于为所述天线辐射体的工作供电。
进一步地，所述馈电网络包括馈电网络介质板2、金属地板3和馈电电路5，所述馈电网络介质板2紧贴所述辐射体介质板1设置，所述金属地板3通过光刻腐蚀在所述辐射体介质板1和所述馈电网络介质板2之间，所述馈电电路5光刻腐蚀在所述馈电网络介质板2的底面上。
进一步地，所述馈电电路5为一分四的功分网络，用于提供幅度相等相位差（0°、-90°、-180°、-270°）的功分电路，为所述天线辐射体的工作供电。
图4是图1所示的多频北斗高精度天线中的金属地板3的结构示意图，在所述金属地板3的中心位置附近设置有四个通孔301，所述四个通孔301相对于所述金属地板3的中心圆对称排列，所述馈电电路5通过探针穿过所述四个通孔301为所述辐射贴片4进行馈电。
进一步地，在所述矩形辐射贴片401上位于其四条边的中心处设有馈电点403，所述金属地板3上的四个通孔301分别对应于所述馈电点403来设置。
本实施例的北斗多频高精度天线与其他高精度天线不同，本专利并没有采用多层微带天线，而是提出了在单个微带辐射贴片4上加载LC集总元件404的方法实现了多频段工作特性，同时因采用了单个微带辐射贴片4，避免了不同频段对应的相位中心不一致的问题。本专利提出的天线可单独作为北斗系统的高精度天线使用。另外，本发明也可配合扼流圈进一步提高天线的抗多径特性，提高系统精度。
所述LC集总元件中的电感与电容的选用是根据不同频段的设计要求来改变的。在本实施例中，如图9所示，所述LC集总元件404，包括电感值为2.8nH的电感L1，电感值为1nH的电感L2，电容值为11.1pF的电容C1，电容值为10.3pF的电容C2。所述电感L1与电容C1并联连接后再与相并联的所述电感L2与电容C2构成串联电路，从而构成本实施例中LC集总元件，所述LC集总元件的两端在分别与矩形辐射贴片401和矩形环型辐射贴片402相连。
如图5所示，所述本发明实施例提出的天线的仿真的S11图，从图中看出本发明提出的天线在两个频段上出现谐振，第一个频段包含频率f1,第二个频段包含频率f2和f3，从而实现本发明三频段工作特性。
如图6、7所示，分别给出了f1和f2频点的增益方向图。图中分别给出了0°和90°面的主极化和交叉极化的增益方向图。从图中看出交叉极化分量小，尤其在低仰角的交叉极化特性和轴比特性良好。
如图8所示给出了f1、f2、f3频段的相位方向图，从相位方向图看出三个频段的相位曲线基本一致，即三个频段的相位中心一致。
至此，本领域技术人员应认识到，虽然本文已详尽示出和描述了本发明的多个示例性实施例，但是，在不脱离本发明精神和范围的情况下，仍可根据本发明公开的内容直接确定或推导出符合本发明原理的许多其他变型或修改。因此，本发明的范围应被理解和认定为覆盖了所有这些其他变型或修改。

Claims (8)

1. 一种多频北斗高精度天线，其特征在于，包括天线辐射体和馈电网络，馈电网络通过探针给所述天线辐射体馈电，其中，
天线辐射体包括辐射体介质板和辐射贴片，所述辐射贴片通过光刻腐蚀在所述辐射体介质板的表面，所述辐射贴片为矩形，在其四条边上分别设有一LC集总元件。
2. 根据权利要求1所述的多频北斗高精度天线，其特征在于，所述辐射贴片包括矩形辐射贴片和矩形环型辐射贴片，所述矩形辐射贴片内嵌在所述矩形环型辐射贴片内。
3. 根据权利要求2所述的多频北斗高精度天线，其特征在于，所述LC集总元件设置在所述矩形辐射贴片和所述矩形环型辐射贴片的四条边的中心处，每个所述LC集总元件分别电连接所述矩形辐射贴片和所述矩形环型辐射贴片。
4. 根据权利要求1所述的多频北斗高精度天线，其特征在于，所述馈电网络中构建有四个馈电位置，用于为所述天线辐射体的工作供电。
5. 根据权利要求1至4中任一项所述的多频北斗高精度天线，其特征在于，所述馈电网络包括馈电网络介质板、金属地板和馈电电路，所述馈电网络介质板紧贴所述辐射体介质板设置，所述金属地板通过光刻腐蚀在所述辐射体介质板和所述馈电网络介质板之间，所述馈电电路光刻腐蚀在所述馈电网络介质板的底面上。
6. 根据权利要求5所述的多频北斗高精度天线，其特征在于，所述馈电电路为一分四的功分网络，用于提供幅度相等相位差的功分电路，为所述天线辐射体的工作供电。
7. 根据权利要求6所述的多频北斗高精度天线，其特征在于，在所述金属地板的中心位置附近设置有四个通孔，所述四个通孔相对于所述金属地板的中心圆对称排列，所述馈电电路通过探针穿过所述四个通孔为所述辐射贴片进行馈电。
8. 根据权利要求7所述的多频北斗高精度天线，其特征在于，在所述矩形辐射贴片上位于其四条边的中心处设有馈电点，所述金属地板上的四个通孔分别对应于所述馈电点来设置。
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