CN202737111U - 一种圆极化卫星导航天线和天线电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种圆极化卫星导航天线和天线电路，一种圆极化卫星导航天线电路，一个N等分功分移相器、N个尺寸相同的L型馈电探针和一个第一圆形贴片，N个L型馈电探针短边分别与N等分功分移相器的N个输出端相连，长边互成90°，第一圆形贴片放置于N个L型馈电探针的上方，且N个L型馈电探针长边延长线交点在所述第一圆形贴片的中心轴线上，N等分功分移相器将输入能量分成N路幅值相同、相位差互为90°的信号，N路信号分别通过N个L型馈电探针耦合馈电到第一圆形贴片，其中，N为二或四；本实用新型还提供了一种圆极化卫星导航天线，该天线提供了较高的圆极化带宽、增益和轴比，应用于卫星导航系统的终端设备中。
Description
技术领域
本实用新型涉及微波天线技术领域，特别是涉及一种圆极化卫星导航天线和天线电路。
背景技术
近年来，卫星导航技术得到了广泛的应用，常用的卫星导航系统主要是全球定位系统（global position system，GPS)和伽利略（Galileo）系统，中国的Compass系统也已服务于社会。由于每种导航系统在空间的卫星分布有限，不能覆盖地球上的所有区域，所以其定位导航精度、安全可靠性以及可用性也都受到了制约，未来的卫星导航系统为了提高定位精度和解决单一系统覆盖盲区的问题，将会采用多种卫星导航体制相兼容的模式。而天线是卫星导航系统的重要组成部分，将在某种意义上对卫星导航系统的性能起着决定性作用。因此，研究可同时接收多个频段信号的卫星接收天线的设计受到了广泛重视。
全球卫星定位系统(GPS)的通讯设备要求其天线能提供右手圆形极化(right-hand circular polarization)，并且辐射功率的场型能均匀涵盖整个上半球形。圆形极化是卫星通讯系统使用的主要的传播方式，与线性极化传播方式相比，在电磁波的传送及接收的方向上没有限制，而且，使用圆形极化传播方式时，电磁波在电离层会产生法拉第旋转效应，使得圆形极化近年来在卫星通讯上极具重要性。
目前，应用在卫星导航终端设备中的天线主要有:螺旋天线，缝隙天线、平板印刷天线。螺旋天线用非平衡馈线来连接天线，电缆中心连接在天线的螺旋部分，电缆的外皮连接在反射器上。螺旋天线可以收发空间中旋转的偏振电磁信号，具有较好的圆极化性能，但其空间体积较大，通常用在卫星通讯的地面基站中，不易在卫星终端设备中内置、且不易与载体共形。
缝隙天线为在导体表面上开缝形成的天线，也称为开槽天线。典型的缝隙形状是长条形的，长度约为半个波长。缝隙可用跨接在窄边上的传输线馈电，也可由波导或谐振腔馈电，缝隙上激励有射频电磁场，并向空间辐射电磁波。由于导体表面的不连续性，缝隙天线会产生较强的高次模辐射和低仰角圆极化，并且馈电方式不易实现。
平板印刷天线具有平面化，结构简单，占用空间小，设计加工容易等特点，近年来被大量应用于多种无线通信终端设备当中。但是，在实现本实用新型的过程中，本实用新型的发明人发现：无线通信终端设备中的平板印刷天线的平面结构导致其有较窄的阻抗带宽、圆极化带宽和低仰角增益，很难满足卫星导航接收机的要求。
实用新型内容
有鉴于此，本实用新型提供了一种圆极化卫星导航天线和天线电路，该天线提供了较高的圆极化带宽、增益和轴比，可应用于卫星导航系统的终端设备中。
一种圆极化卫星导航天线电路，所述天线电路包括：
一个N等分功分移相器、N个尺寸相同的L型馈电探针和一个第一圆形贴片；
N个L型馈电探针短边分别与N等分功分移相器的N个输出端相连，长边互成90°，第一圆形贴片放置于N个L型馈电探针的上方，且N个L型馈电探针长边延长线交点在所述第一圆形贴片的中心轴线上；
N等分功分移相器将输入能量分成N路幅值相同、相位差互为90°的信号，N路信号分别通过N个L型馈电探针耦合馈电到第一圆形贴片；
其中，N为二或四。
优选的，所述天线电路进一步包括：
第二圆形贴片，所述第二圆形贴片放置于第一圆形贴片的上方，直径小于第一圆形贴片，且与第一圆形贴片同轴。
优选的，N为二时，所述
二等分功分移相器由二等分功分器和90°移相器级联而成的馈电网络组成。
优选的，N为四时，所述
四等分功分移相器由二功分器和180°移相器级联而成第一级馈电网络，以及由二功分器和90°移相器级联而成第二级馈电网络组成。
一种圆极化卫星导航天线，所述天线包括：
一个金属接地板、一块双面微波基板、N个尺寸相同的L型馈电探针和一个第一圆形贴片，所述双面微波基板一面刻蚀微带线形成N等分功分移相器，并带有防氧化涂层作为顶面，另一面进行导电处理作为底面；
所述双面微波基板的底面与所述金属接地板相连;
N个尺寸相同的L型馈电探针的短边分别与位于双面微波基板顶面的N等分功分移相器的N个输出端连接且与双面微波基板垂直，N个长边互为90°；
第一圆形贴片位于N个尺寸相同的L型馈电探针的上方，且所述N个L型馈电探针长边延长线交点位于所述第一圆形贴片的中心轴线;
其中，N为二或四。
优选的，所述天线进一步包括：
第二圆形贴片，所述第二圆形贴片位于第一圆形贴片上方，直径小于第一圆形贴片，且与第一圆形贴片同轴。
优选的，
所述第一圆形贴片和第二圆形贴片之间的介质为空气。
优选的，
所述N个尺寸相同的L型馈电探针的直径为1.2mm，探针的短边长度为17mm，长边长度为42mm；
所述第一圆形贴片半径为53mm，与所述双面微波基板之间的距离为24mm。
优选的，
所述N个尺寸相同的L型馈电探针的直径为1.2mm，探针的短边长度为17mm，长边长度为42mm；
所述第一圆形贴片半径为53mm，与所述双面微波基板之间的距离为24mm；
所述第二圆形贴片半径为38mm，与所述第一圆形贴片之间的距离为17mm；
其中，N为二或四。
优选的，
N为二时，所述二等分功分移相器由二等分功分器和90°移相器级联而成的馈电网络组成。
优选的，N为四时，
所述四等分功分移相器由二功分器和180°移相器级联而成第一级馈电网络和由二功分器和90°移相器级联而成第二级馈电网络组成。
由上述内容可知，本实用新型有如下有益效果：
N个L型馈电探针短边分别与N等分功分移相器N个输出端相连，长边互成90°，第一圆形贴片放置于N个L型馈电探针的上方，且N个L型馈电探针长边延长线交点在所述第一圆形贴片的中心轴线上，N等分功分移相器将输入能量分成N路幅值相同、相位差为90°的信号，N路信号分别通过N个L型馈电探针耦合馈电到第一圆形贴片，其中，N为二或四，上述高度对称结构使得电场分布更均匀，提高了圆极化带宽、增益和轴比。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为N为二时一种圆极化卫星导航天线电路的俯视图；
图2为N为二时一种圆极化卫星导航天线电路的主视图；
图3为N为四时一种圆极化卫星导航天线电路的俯视图；
图4为N为四时一种圆极化卫星导航天线电路的主视图；
图5为含有两个圆形贴片的圆极化卫星导航天线电路的俯视图；
图6为含有两个圆形贴片的圆极化卫星导航天线电路的主视图；
图7为金属接地板和双面微波基板连接孔示意图；
图8为N为二时含有两个圆形贴片的圆极化卫星导航天线的回波损耗曲线；
图9为N为二时含有两个圆形贴片的圆极化卫星导航天线的轴比带宽曲线；
图10为N为四时含有两个圆形贴片的圆极化卫星导航天线的回波损耗曲线；
图11为N为四时含有两个圆形贴片的圆极化卫星导航天线的轴比带宽曲线。
具体实施方式
本实用新型提供了一种圆极化卫星导航天线和天线电路，采用高度对称结构使得电场分布更均匀，提高了圆极化带宽、增益和轴比，可用于卫星导航系统的终端设备中。
本实用新型所提供的天线电路，一个N等分功分移相器、N个尺寸相同的L型馈电探针和一个第一圆形贴片，N个L型馈电探针短边分别与N等分功分移相器的N个输出端相连，长边互成90°，第一圆形贴片放置于N个L型馈电探针的上方，且N个L型馈电探针长边延长线交点在所述第一圆形贴片的中心轴线上，N等分功分移相器将输入能量分成N路幅值相同、相位差互为90°的信号，N路信号分别通过N个L型馈电探针耦合馈电到第一圆形贴片，其中，N为二或四。
本法明所提供的天线，一个金属接地板、一块双面微波基板、N个尺寸相同的L型馈电探针和一个第一圆形贴片，所述双面微波基板一面刻蚀微带线形成N等分功分移相器，并带有防氧化涂层作为顶面，另一面进行导电处理作为底面，所述双面微波基板的底面与所述金属接地板相连，N个尺寸相同的L型馈电探针的短边分别与位于双面微波基板顶面的N等分功分移相器的N个输出端连接且与双面微波基板垂直，N个长边互为90°，第一圆形贴片位于N个尺寸相同的L型馈电探针的上方，且所述N个L型馈电探针长边延长线交点位于所述第一圆形贴片的中心轴线，其中，N为二或四。
下面结合附图进行详细说明。
实施例一
本实施例主要说明的是一种圆极化卫星导航天线电路。
一个N等分功分移相器、N个尺寸相同的L型馈电探针和一个第一圆形贴片。
N个L型馈电探针短边分别与N等分功分移相器的N个输出端相连，长边互成90°，第一圆形贴片放置于N个L型馈电探针的上方，且N个L型馈电探针长边延长线交点在所述第一圆形贴片的中心轴线上。
N等分功分移相器将输入能量分成N路幅值相同、相位差为90°的信号，N路信号分别通过N个L型馈电探针耦合馈电到第一圆形贴片。
N为二时，图1为一种圆极化卫星导航天线电路的俯视图，图2为一种圆极化卫星导航天线电路的俯视图的主视图。
N为二时，二个L型馈电探针102-103短边分别与二等分公分移相器101的二个输出端相连，长边正交，第一圆形贴片104放置于二个L型馈电探针102-103的上方，且二个L型馈电探针102-103长边延长线交点在所述第一圆形贴片104的中心轴线上。
二等分公分移相器101由二等分功分器和90°移相器级联而成的馈电网络组成。
二等分功分移相器101将输入能量分成二路幅值相同、相位差为90°的信号，二路信号分别通过二个L型馈电探针102-103耦合馈电到第一圆形贴片104。
N为四时，图3为一种圆极化卫星导航天线电路的俯视图，图4为一种圆极化卫星导航天线电路的俯视图的主视图。
N为四时，四个L型馈电探针302-305短边分别与四等分公分移相器301的四个输出端相连，长边互成90°，第一圆形贴片306放置于四个L型馈电探针302-305的上方，且四个L型馈电探针302-305长边延长线交点在所述第一圆形贴片306的中心轴线上。
四等分功分移相器301由二功分器和180°移相器级联而成第一级馈电网络，以及由二功分器和90°移相器级联而成第二级馈电网络组成。
四等分功分移相器301将输入能量分成四路幅值相同、相位差为90°的信号，四路信号分别通过四个L型馈电探针302-305耦合馈电到第一圆形贴片306。
优选的，一种圆极化卫星导航天线电路进一步包括第二圆形贴片，所述第二圆形贴片放置于第一圆形贴片的上方，直径小于第一圆形贴片，且与第一圆形贴片同轴。
以N为二时为例，图5含有两个圆形贴片的圆极化卫星导航天线电路的俯视图，图6为含有两个圆形贴片的圆极化卫星导航天线电路的的主视图。
N为四时，与N为二时类似，这里不再赘述。
由上述内容可知，本实用新型有如下有益效果：
N个L型馈电探针短边分别与N等分功分移相器N个输出端相连，长边互成90°，第一圆形贴片放置于N个L型馈电探针的上方，且N个L型馈电探针长边延长线交点在所述第一圆形贴片的中心轴线上，N等分功分移相器将输入能量分成N路幅值相同、相位差为90°的信号，N路信号分别通过N个L型馈电探针耦合馈电到第一圆形贴片，其中，N为二或四，上述高度对称结构使得电场分布更均匀，提高了圆极化带宽和增益。
实施例二
本实施例主要说明的是一种圆极化卫星导航天线。
一个金属接地板、一块双面微波基板、N个尺寸相同的L型馈电探针和一个第一圆形贴片，所述双面微波基板一面刻蚀微带线形成N等分功分移相器，并带有防氧化涂层作为顶面，另一面进行导电处理作为底面。
金属接地板和双面微波基板的尺寸，形状和材质不进行限定，优选的，本实用新型中，金属接地板和双面微波都是圆形，金属接地板为铝板，直径稍大于双面微波基板，厚度为2mm，直径为130mm。
其中，N个L馈电探针和第一圆形贴片的尺寸和材质不进行限定，优选的，在本实用新型中，N个L型馈电探针的直径都为1.2mm，短边长度为17mm，长边长度为42mm；第一圆形贴片的半径为53mm，距离双面微波基板的高度为24mm。
N等分功分移相器，顶面的防氧化涂层材质不进行限定，优选的，在本实用新型中，顶面的防氧化涂层为绝缘漆；底面进行导电处理，优选的，在本实用新型中，底面做覆铜处理。
N为二时，二等分功分移相器由二等分功分器和90°移相器级联而成的馈电网络组成。
N为四时，四等分功分移相器由二功分器和180°移相器级联而成第一级馈电网络和由二功分器和90°移相器级联而成第二级馈电网络组成。
所述双面微波基板的底面与所述金属接地板相连。
连接的方式不进行限定，在本实用新型中，在金属接地板和双面微波基板上沿着周向各自均匀打12个上下贯通的小孔，如图7所示，用于使用螺栓将两块板固定连接。其中，孔的数目可根据实际情况进行调整。
N个尺寸相同的L型馈电探针的短边分别与位于双面微波基板顶面的N等分功分移相器的N个输出端连接且与双面微波基板垂直，N个长边互为90°。
第一圆形贴片位于N个尺寸相同的L型馈电探针的上方，且所述N个L型馈电探针长边延长线交点位于所述第一圆形贴片的中心轴线。
优选的，一种圆极化卫星导航天线进一步包括第二圆形贴片501，所述第二圆形贴片位于第一圆形贴片上方，直径小于第一圆形贴片，且与第一圆形贴片同轴。
优选的，在本实用新型中，第二圆形贴片半径为38mm，与所述第一圆形贴片之间的距离为17mm；第一圆形贴片和第二圆形贴片之间的介质为空气。
当N为二时，本实用新型含有两个圆形贴片的圆极化卫星导航天线的回波损耗曲线如图8所示，可知，S（1，1）小于-15dB时带宽大于600MHz，天线的阻抗带宽较宽，上述天线能够覆盖1.19GHz~1.6GHz频带，可适用于GPS/GLONASS/BD2三个卫星导航系统的导航终端中。
当N为二时，本实用新型含有两个圆形贴片的圆极化卫星导航天线的轴比带宽曲线如图9所示，轴比小于3dB时带宽大于500MHz，天线具有极强的圆极化特性，能有效地降低多路径效应，提高系统的稳定性。
当N为四时，本实用新型含有两个圆形贴片的圆极化卫星导航天线的回波损耗曲线如图10所示，驻波比小于1.5dB时带宽大于500MHz。
当N为四时，本实用新型含有两个圆形贴片的圆极化卫星导航天线的轴比带宽曲线如图11所示，轴比小于2时带宽大于350MHz。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (11)
1.一种圆极化卫星导航天线电路，其特征在于，所述天线电路包括：
一个N等分功分移相器、N个尺寸相同的L型馈电探针和一个第一圆形贴片；
N个L型馈电探针短边分别与N等分功分移相器的N个输出端相连，长边互成90°，第一圆形贴片放置于N个L型馈电探针的上方，且N个L型馈电探针长边延长线交点在所述第一圆形贴片的中心轴线上；
N等分功分移相器将输入能量分成N路幅值相同、相位差互为90°的信号，N路信号分别通过N个L型馈电探针耦合馈电到第一圆形贴片；
其中，N为二或四。
2.根据权利要求1所述的天线电路，其特征在于，所述天线电路进一步包括：
第二圆形贴片，所述第二圆形贴片放置于第一圆形贴片的上方，直径小于第一圆形贴片，且与第一圆形贴片同轴。
3.根据权利要求1或2任意一项所述的天线电路，其特征在于，N为二时，所述
二等分功分移相器由二等分功分器和90°移相器级联而成的馈电网络组成。
4.根据权利要求1或2任意一项所述的天线电路，其特征在于，N为四时，所述
四等分功分移相器由二功分器和180°移相器级联而成第一级馈电网络，以及由二功分器和90°移相器级联而成第二级馈电网络组成。
5.一种圆极化卫星导航天线，其特征在于，所述天线包括：
一个金属接地板、一块双面微波基板、N个尺寸相同的L型馈电探针和一个第一圆形贴片，所述双面微波基板一面刻蚀微带线形成N等分功分移相器，并带有防氧化涂层作为顶面，另一面进行导电处理作为底面；
所述双面微波基板的底面与所述金属接地板相连;
N个尺寸相同的L型馈电探针的短边分别与位于双面微波基板顶面的N等分功分移相器的N个输出端连接且与双面微波基板垂直，N个长边互 为90°；
第一圆形贴片位于N个尺寸相同的L型馈电探针的上方，且所述N个L型馈电探针长边延长线交点位于所述第一圆形贴片的中心轴线;
其中，N为二或四。
6.根据权利要求5所述的天线，其特征在于，所述天线进一步包括：
第二圆形贴片，所述第二圆形贴片位于第一圆形贴片上方，直径小于第一圆形贴片，且与第一圆形贴片同轴。
7.根据权利要求5所述的天线，其特征在于，
所述第一圆形贴片和第二圆形贴片之间的介质为空气。
8.根据权利要求5所述的天线，其特征在于，
所述N个尺寸相同的L型馈电探针的直径为1.2mm，探针的短边长度为17mm，长边长度为42mm；
所述第一圆形贴片半径为53mm，与所述双面微波基板之间的距离为24mm。
9.根据权利要求6所述的天线，其特征在于，
所述N个尺寸相同的L型馈电探针的直径为1.2mm，探针的短边长度为17mm，长边长度为42mm；
所述第一圆形贴片半径为53mm，与所述双面微波基板之间的距离为24mm；
所述第二圆形贴片半径为38mm，与所述第一圆形贴片之间的距离为17mm；
其中，N为二或四。
10.根据权利要求5-9任意一项所述的天线，其特征在于，
N为二时，所述二等分功分移相器由二等分功分器和90°移相器级联而成的馈电网络组成。
11.根据权利要求5-9任意一项所述的天线，其特征在于，N为四时，
所述四等分功分移相器由二功分器和180°移相器级联而成第一级馈电网络和由二功分器和90°移相器级联而成第二级馈电网络组成。
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