CN208352516U - 一种宽频段小型化北斗微带中馈天线 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种宽频段小型化北斗微带中馈天线，包括同轴馈电探针、金属辐射单元、介质基板和金属接地面；所述金属辐射单元位于介质基板的上表面；金属接地面位于介质基板的下表面；所述金属辐射单元、介质基板及金属接地面上均设有馈电端口，同轴馈电探针穿过介质基板和金属接地面，且分别与金属辐射单元、介质基板及金属接地面上的馈电端口和金属辐射单元连接，该天线为应用于B1频段（1561.42±2.048MHz）的微带中馈天线。可以满足北斗导航接收天线的设计要求。本专利使用中心馈电的方法，并引入缝隙加载技术，使得天线具有结构简单，回波损耗低，频带宽，易组阵等特点。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种无线通信天线领域，具体涉及一种小型北斗宽频微带中馈天线，适用于信号的传输。
背景技术
“北斗”卫星导航系统是我国自主研发的可与世界其他卫星导航系统兼容共用的全球卫星定位与通信系统，它打破了美国和俄罗斯在这一领域的垄断地位，改变了我国长期缺少高精度、实时定位手段的局面。随着技术的进步和导航系统的广泛应用，北斗导航系统对终端也提出了越来越高的要求，应具备小型化、多频带、便携性、轻薄短小等特点。天线作为导航终端的重要部件之一，天线的大小和性能也直接影响着终端的优化设计。
目前，宽带技术是无线通信领域的一个重要发展方向，已经成为了国内外通信界近年来的热点问题和研究方向之一。利用带宽优势，不需要使用复杂的调制方法和接收方法，系统实现相对简单，成本较低。并且可以提高现有的频谱利用率，对其他窄带系统的干扰小，可以和现存的窄带通信系统同时运行，具有比较好的共存性，可与其他系统共享频谱资源，提高频谱利用率。
实用新型内容
本实用新型为了解决现有技术中存在的问题，提供一种应用于B1频段（1561.42±2.048MHz）的微带中馈天线。
为了达到上述目的，本实用新型提出的技术方案为：一种宽频段小型化北斗微带中馈天线，包括同轴馈电探针、金属辐射单元、介质基板和金属接地面；所述金属辐射单元位于介质基板的上表面；金属接地面位于介质基板的下表面；所述金属辐射单元、介质基板及金属接地面上均设有馈电端口，同轴馈电探针穿过介质基板和金属接地面，且分别与金属辐射单元、介质基板及金属接地面上的馈电端口和金属辐射单元连接。
对上述技术方案的进一步设计为：所述金属辐射单元为正方形金属贴片，所述金属贴片的两个对角设有三角形切角。
所述金属辐射单元中部设有U字型谐振槽，所述U字型谐振槽的中心与金属辐射单元的中心重合。
所述馈电端口位于金属辐射单元、介质基板及金属接地面的中心，且同轴设置，所述同轴馈电探针位于金属辐射单元、介质基板及金属接地面的轴线上。
所述金属辐射单元的另两个对角处设有圆形槽孔。
所述金属辐射单元采用铜制成。
所述金属接地面使用铜箔制成。
所述介质基板使用F-R4环氧玻璃纤维板制成，厚度为3mm。
与现有技术相比本实用新型的有益效果为：
1、位于中层的介质基板选用价格低廉的FR-4环氧玻璃纤维，厚度为3mm，相对介电常数为4.4，介质损耗正切角tanσ=0.002。较现有技术的天线有更薄的厚度和更低的制作成本。
2、由于馈电端口位于金属辐射单元、介质基板及金属接地面的中心，且同轴设置，同轴馈电探针位于金属辐射单元、介质基板及金属接地面的轴线上，形成中心馈电结构，使得该天线获得了低的交叉极化和宽的轴比波束宽度，降低了极化损耗。
3、金属贴片上的U字型谐振槽可以有效的改变辐射贴片的径向电流分布，使原本表面电流最大和接近短路状态的几何中心摆脱了输入阻抗为零的短路状态，从而馈电探针才可以位于辐射贴片中心作为贴片激励实现了贴片的宽阔正面辐射。
4、金属贴片对角线上的两个圆形槽孔直径为4mm，改变表面电流的分布，占用最大面积，拓宽天线的带宽，同时实现天线的小型化。
5、本实用新型的天线，其工作频段为1.547—1.6GHz，带宽为53MHz，拥有较宽的带宽，能够完全覆盖北斗B1频段（1561.42 ± 2.048MHz）。其宽频段的特性易提高现有的频谱利用率。
附图说明
图1为本实用新型的俯视图；
图2为图1的主视图；
图3为本实用新型天线的轴比带宽；
图4为本实用新型天线在1.561GHz下的xoz面和yoz面的轴比特性曲线图；
图5为本本实用新型天线的回波损耗曲线图；
图6为本本实用新型天线在1.561GHz频点处的方向图。
其中： 1-金属辐射单元，11-切角，12-U字形谐振槽，13-圆形槽孔，2-介质基板，3-金属接地面，4-馈点端口，5-同轴馈电探针。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施例对本实用新型进行详细说明。
实施例
本实施例的天线如图1和图2所示。包括金属辐射单元1、介质基板2及金属接地面3和同轴馈电探针5；所述金属辐射单元1位于介质基板2的上表面，金属接地面3均位于介质基板2的下表面；金属辐射单元1为两对角设有切角11的正方形金属贴片，其中心位置设有一个U字型谐振槽12，另两个对角处个设有一个圆形槽孔13；所述金属辐射单元1、介质基板2和金属接地面3上均设有馈电端口4，同轴馈电探针5通过馈电端口4穿过介质基板2和金属接地面3且与金属辐射单元1相连，形成探针馈电电路；U字型谐振槽12的中心与正方形金属贴片的中心相一致。
本实施例为实现天线圆极化工作，在正方形金属贴片上，一个对角切角，另一个对角对称开槽，方形微带贴片固有的结构上的对称性有利于改善天线的轴比指标，并且相比于圆形贴片，方形微带贴片天线具有辐射方向图波瓣更宽、效率更高、带宽性能更好等特点。
本实施例的天线具有良好的右旋圆极化性能。馈电方式结合了探针直接馈电和孔径藕合馈电。正方形金属贴片的边长与其对应工作频段关系由下式给出：
其中，c为光在真空中的传播速度，L为正方形金属贴片的边长，Δl是由边缘效应引起的电纳可用延伸长度，ε r为基板材料的相对介电常数。
本实施例中U字型谐振槽的内侧为一半圆，其尺寸为：外宽12.8mm，上高4mm，下底12.8mm，内宽6.4mm，内圆半径2.4mm。切角11为边长是5mm的等腰直角三角形。
为了拓宽天线带宽，增大表面电流的有效面积，金属辐射单元1设有两个圆形孔槽13，从而进一步减小天线尺寸，圆形孔槽13直径为4mm，圆心距离贴片边缘的距离为6.75mm。
本实施例中金属接地面3的材料为铜箔，尺寸为长50mm、宽50mm；金属辐射单元的材料为铜，尺寸为长41mm、宽41mm；介质基板2的材料为相对介电常数4.4、损耗正切角0.002的F-R4环氧玻璃纤维板，长为50mm，宽为50mm，厚度为3mm。使得该天线具有简单的结构、体积小、良好的辐射性能和较低的制作成本。
本实施例中馈电端口4位于金属辐射单元1、介质基板2及金属接地面3的中心，且三个馈电端口4同轴设置，同轴馈电探针5位于金属辐射单元、介质基板及金属接地面的轴线上，形成中心馈电结构，中心馈电结构和圆形槽孔13使得该天线获得了低的交叉极化和宽的轴比波束宽度。
本实施例的天线的轴比曲线图如图3所示，天线的极化轴比在3 dB以下的频率范围从1.554GHz到 1.564GHz，轴比带宽为10MHz，覆盖了北斗的1.561GHz 频点,并且在该频点处的轴比最小为1.6dB。
本实施例天线在xoz面和yoz面的极化轴比辐射角θ的关系图如图4所示。从图中可以看出，在频点1.561GHz，Phi=90deg处，轴比小于3 dB的辐射角θ为-60°到60°。
本实施例天线的回波损耗仿真曲线图如图5所示，该天线的工作频段为1.547—1.6GHz，带宽为53MHz，完全覆盖了北斗系统的B1频段。在频点1.561GHz处的回波损耗为-18.25dB，性能良好，满足北斗天线设计要求。
该天线E面和H面左右圆极化增益仿真曲线如图6所示，其中右旋圆极化最大辐射方向在Theta为0°处，在Phi=0deg平面上，右旋圆极化波的增益为-0.16dB；在Phi=90deg平面上，右旋圆极化波的增益同为-0.16dB，满足实际要求。左旋圆极化在Theta为0°处的增益为-21.74dB，该天线在主辐射方向的交叉极化比为-21.58dB。这表明该天线有很好的右旋圆极化性，达到了北斗接收天线极化设计要求。
由图3至图6可以看出，天线的S11＜－10 dB 阻抗带宽为53MHz，轴比带宽为10MHz，关键指标可以满足实际要求，该天线具有较好的圆极化轴比特性，较宽的带宽，天线增益较低，主要是由于辐射波束较宽，能够辐射宽频段电磁波，因此增益较低，可以通过组阵的方法提高增益。由此可见，该天线具有很好的应用前景，可作为接收天线应用于“北斗”卫星导航系统。。
本实用新型的技术方案不局限于上述各实施例，凡采用等同替换方式得到的技术方案均落在本实用新型要求保护的范围内。
Claims (8)
1.一种宽频段小型化北斗微带中馈天线，其特征在于：包括同轴馈电探针、金属辐射单元、介质基板和金属接地面；所述金属辐射单元位于介质基板的上表面；金属接地面位于介质基板的下表面；所述金属辐射单元、介质基板及金属接地面上均设有馈电端口，同轴馈电探针穿过介质基板和金属接地面，且分别与金属辐射单元、介质基板及金属接地面上的馈电端口和金属辐射单元连接。
2.根据权利要求1所述宽频段小型化北斗微带中馈天线，其特征在于：所述金属辐射单元为正方形金属贴片，所述金属贴片的两个对角设有三角形切角。
3.根据权利要求2所述宽频段小型化北斗微带中馈天线，其特征在于：所述金属辐射单元中部设有U字型谐振槽，所述U字型谐振槽的中心与金属辐射单元的中心重合。
4.根据权利要求3所述宽频段小型化北斗微带中馈天线，其特征在于：所述金属辐射单元的另两个对角处设有圆形槽孔。
5.根据权利要求4所述宽频段小型化北斗微带中馈天线，其特征在于：所述馈电端口位于金属辐射单元、介质基板及金属接地面的中心，且同轴设置，所述同轴馈电探针位于金属辐射单元、介质基板及金属接地面的轴线上。
6.根据权利要求5所述宽频段小型化北斗微带中馈天线，其特征在于：所述金属辐射单元采用铜制成。
7.根据权利要求5所述宽频段小型化北斗微带中馈天线，其特征在于：所述金属接地面使用铜箔制成。
8.根据权利要求5所述宽频段小型化北斗微带中馈天线，其特征在于：介质基板使用F-R4环氧玻璃纤维板制成，厚度为3mm。
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