CN109216908A - 一种宽轴比波束的双频圆极化北斗天线 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种宽轴比波束的双频圆极化北斗天线，包括叠加放置的上层介质基板及下层介质基板，所述上层介质基板的上表面及下表面分别敷有上金属贴片及下金属贴片，所述下层介质基板的下表面敷有金属地，所述上金属贴片加载矩形缝隙、C形枝节和矩形枝节，所述下金属贴片加载有两条矩形缝隙及两个等腰三角形切角。本发明在具备双频圆极化特性的基础上，具有轴比波束宽、成本低和易加工等优点，可以很好的应用于北斗卫星导航终端设备。
Description
技术领域
本发明涉及天线技术领域，具体涉及一种宽轴比波束的双频圆极化北斗天线。
背景技术
随着卫星通信的发展，全球卫星定位与通信系统由其覆盖范围广、定位精度高和响应速度快等优点被广泛应用于各个领域。目前已有的全球卫星导航定位系统主要有美国的GPS、欧盟的GALILEO、俄罗斯的GLONASS和由中国自主研发的北斗卫星导航系统。北斗卫星导航系统的建立改变了我国长期缺少实时定位手段的局面，打破了俄罗斯和美国在这一领域的垄断地位，可为我国海洋、陆地以及空中的各类民用和军事设备提供多种业务的保障，并对提高我国国防现代化有着重要的意义。
北斗卫星导航系统分为北斗一代卫星导航系统和北斗二代卫星导航系统，其中北斗一代卫星导航系统工作于两个频段，L频段以左旋圆极化工作，S频段以右旋圆极化工作；北斗二代卫星导航系统工作于三个频段，三个频段均以右旋圆极化工作，其中B1频段用于民用，B2频段用于高精度测量，B3频段用于军用，所以对于民用的北斗卫星导航天线需覆盖B1和B2两个频段，可见实现北斗天线的双频圆极化在实际应用中有着重要的意义。目前一般市场上的北斗天线大多使用高介电常数的陶瓷材料作为介质基板材料，这将使得介质板的厚度增大，使得北斗卫星导航天线的剖面变高，同时也增加了北斗卫星导航天线的加工成本。北斗卫星导航系统以圆极化方式工作，要求天线具有较好的圆极化性能，同时天线需要在比较宽的角度范围内接受信号，所以需要天线具有轴比波束宽的性能。
发明内容
为了克服现有技术存在的缺点与不足，本发明提出一种宽轴比波束的双频圆极化北斗天线，具有轴比波束宽、成本低和易加工等优点。
本发明采用如下技术方案：
一种宽轴比波束的双频圆极化北斗天线，包括叠加放置的上层介质基板及下层介质基板，所述上层介质基板的上表面及下表面分别敷有上金属贴片及下金属贴片，所述下层介质基板的下表面敷有金属地，所述上金属贴片加载矩形缝隙、C形枝节和矩形枝节，所述下金属贴片加载有两条矩形缝隙及两个等腰三角形切角。
所述上层介质基板为方形基板。
所述上金属贴片敷有矩形缝隙的数目为一个，具体位于上层介质基板的中心；所述C形枝节的数目为两个，具体位于上层介质基板一条对角线的两端，且分别与上金属贴片连接；所述矩形枝节的数目为两个，具体位于上层介质基板另一条对角线的两端，且矩形枝节关于上介质基板中心对称。
所述两个等腰三角形切角设置在下金属贴片的对角上，所述下金属贴片加载的两条矩形缝隙关于下金属贴片的中心对称。
所述金属地为圆形贴片，所述圆形贴片设置四个弧形缝隙。
所述四个弧形缝隙尺寸完全相同，均匀设置在圆形贴片的圆周。
本发明还包括馈电探针，所述馈电探针由特征阻抗为50Ω的同轴线构成，同轴线内芯通过金属过孔与上金属贴片连接，同轴线外表面与金属地连接。
所述两个矩形缝隙的间距为30mm。
所述等腰三角形切角为直角三角形，其直角边长度为11.5mm。
所述弧形缝隙的宽度为5mm。
本发明的有益效果：
(1)与已有的北斗天线相比，本发明的两层介质基板都是采用FR4介质板，在介质材料的选择方面可以降低很大的成本。
(2)与已有的北斗天线相比，本发明通过单馈点馈电，在带宽性能不差的情况下相较多点馈电方式具有馈电简单的优点。
(3)与已有的北斗天线相比，本发明通过加载开缝隙的圆形地板，明显增大了3dB轴比波束宽度，频率为1.207GHz时，在xoz平面和yoz平面的3dB轴比波束宽度分别为240°和224°，频率为1.561GHz时，在xoz平面和yoz平面的3dB轴比波束宽度分别为219°和194°。
附图说明
图1是本发明的侧视结构图；
图2是本发明的上金属贴片的俯视结构图；
图3是本发明的下金属贴片的俯视结构图；
图4是本发明的金属地板的俯视结构图；
图5是本发明的S11仿真示意图；
图6是本发明在1.207GHz时的轴比仿真示意图；
图7是本发明在1.561GHz时的轴比仿真示意图；
图8是本发明在1.207GHz时的辐射特性仿真示意图；
图9是本发明在1.561GHz时的辐射特性仿真示意图；
图10是本发明的轴比波束宽度仿真示意图；
具体实施方式
下面结合附图及实施例，对本发明作更为详细的说明，但本发明的实施方式不限于此。
实施例
如图1所示，一种宽轴比波束的双频圆极化北斗天线，具体由上层介质基板1、下层介质基板2、上金属贴片3、下金属贴片4、金属地5以及馈电探针6构成。所述上层介质基板1是方形基板，具体尺寸为58mm×58mm，高度h2为1.6mm，所述下层介质基板2是圆形基板，半径为60mm，高度h1为3.2mm，上、下层介质基板是上下叠加放置，且中心点在一条竖直直线上，所述上、下金属贴片分别敷在上层介质基板的上、下表面，所述金属地位于下层介质基板的下表面。
如图2所示，所述上金属贴片3上加载了一个矩形缝隙7、两个C形枝节8和两个矩形枝节9，所述矩形缝隙的长度为5mm，宽度为2mm，位于上金属贴片的中心位置，竖直放置。所述两个C形枝节8的宽度为2.5mm，位于上金属贴片的一条对角线两端，该对角线与X轴正向成钝角，该坐标轴以上金属贴片的中心点为原点。位于对角线上端的C形枝节水平放置，开口向下，右侧与上金属贴片连接；位于对角线下端的C形枝节竖直放置，开口向左，C形枝节的上端与上金属贴片连接。
所述两个矩形枝节9的尺寸为17.8mm×5.5mm；位于上金属贴片的另外一条对角线，即与X轴正向成锐角，两个矩形枝节关于上金属贴片的中心点对称，每个矩形枝节设置关于对角线对称。
如图3所示，所述下金属贴片4上设置有两个矩形缝隙11、两个等腰三角形切角12和金属过孔10，所述两个矩形缝隙竖直平行放置，且关于下金属贴片中心点对称，两个矩形缝隙之间的间距为30mm，矩形缝隙的长度为17mm，宽度为1.4mm，所述两个等腰三角形切角为等腰直角三角形，在所述下金属贴片4的对角上，该对角与上金属贴片的两个矩形枝节对应设置，等腰直角三角形边长为11.5mm，所述金属过孔10的半径为1mm。
如图4所示，所述金属地5是一个圆形的金属贴片，所述金属地5加载了四个弧形缝隙13，其均匀设置在圆周上，四个弧形缝隙的尺寸相同，所述弧形缝隙13的宽度为5mm，弧形缝隙的内弧距离圆心为50mm，外弧距离圆心半径R2为55mm。
其外圈半径R3为60mm，内圈半径R1为50mm，
所述上层介质基板1和下层介质基板2采用的都是廉价的FR4介质板材，相对介电常数为4.4，损耗角正切值为0.02。所述馈电探针6由特征阻抗为50Ω的同轴线构成，所述同轴线内芯半径为0.5mm，所述同轴线内芯通过金属过孔10与所述上金属贴片3相连，所述同轴线外表面与所述金属地5相连。
如图5所示，本实施例的S11特性曲线图，从图中可以看出本发明的宽轴比波束的双频圆极化北斗天线工作在两个频段，其-10dB阻抗匹配通带在低频段和高频段的相对带宽分别为10.3％和3.5％。
如图6和图7所示，本实施例的轴比特性曲线图，从图中可以看出本发明的宽轴比波束的双频圆极化北斗天线在两个频段内都实现了很好的圆极化性能，其3dB轴比带宽在低频段和高频段的相对带宽分别为1.47％和0.8％。
如图8和图9所示，本实施例的辐射特性曲线图，从图中可以看出本发明的宽轴比波束的双频圆极化北斗天线在低频段和高频段的最大增益分别为2.78dB和1.23dB，交叉极化比都大于20dB。
如图10所示，本实施例的轴比波束宽度特性曲线图，从图中可以看出本发明的宽轴比波束的双频圆极化北斗天线的轴比波束宽度非常宽，频率为1.207GHz时，在xoz平面和yoz平面的3dB轴比波束宽度分别为240°和224°，频率为1.561GHz时，在xoz平面和yoz平面的3dB轴比波束宽度分别为219°和194°。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受所述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、组合、替代和简化均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种宽轴比波束的双频圆极化北斗天线，其特征在于，包括叠加放置的上层介质基板及下层介质基板，所述上层介质基板的上表面及下表面分别敷有上金属贴片及下金属贴片，所述下层介质基板的下表面敷有金属地，所述上金属贴片加载矩形缝隙、C形枝节和矩形枝节，所述下金属贴片加载有两条矩形缝隙及两个等腰三角形切角。
2.根据权利要求1所述的双频圆极化北斗天线，其特征在于，所述上层介质基板为方形基板。
3.根据权利要求2所述的双频圆极化北斗天线，其特征在于，所述上金属贴片敷有矩形缝隙的数目为一个，具体位于上层介质基板的中心；所述C形枝节的数目为两个，具体位于上层介质基板一条对角线的两端，且分别与上金属贴片连接；所述矩形枝节的数目为两个，具体位于上层介质基板另一条对角线的两端，且矩形枝节关于上介质基板中心对称。
4.根据权利要求1所述的双频圆极化北斗天线，其特征在于，所述两个等腰三角形切角设置在下金属贴片的对角上，所述下金属贴片加载的两条矩形缝隙关于下金属贴片的中心对称。
5.根据权利要求1所述的双频圆极化北斗天线，其特征在于，所述金属地为圆形贴片，所述圆形贴片设置四个弧形缝隙。
6.根据权利要求5所述的双频圆极化北斗天线，其特征在于，四个弧形缝隙尺寸完全相同，均匀设置在圆形贴片的圆周。
7.根据权利要求1-6任一项所述的双频圆极化北斗天线，其特征在于，还包括馈电探针，所述馈电探针由特征阻抗为50Ω的同轴线构成，同轴线内芯通过金属过孔与上金属贴片连接，同轴线外表面与金属地连接。
8.根据权利要求4所述的双频圆极化北斗天线，其特征在于，所述两个矩形缝隙的间距为30mm。
9.根据权利要求1所述的双频圆极化北斗天线，其特征在于，所述等腰三角形切角为直角三角形，其直角边长度为11.5mm。
10.根据权利要求6所述的双频圆极化北斗天线，其特征在于，所述弧形缝隙的宽度为5mm。
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