一種改進的雙頻圓極化高增益層疊微帶天線的設計方法
2023-06-22 22:09:01 5
專利名稱：一種改進的雙頻圓極化高增益層疊微帶天線的設計方法
技術領域：
本發明涉及一款改進的雙頻圓極化高增益層疊微帶天線的設計方法。該天線可應用於車載高性能衛星導航系統接收機。
背景技術：
圓極化微帶天線廣泛應用於衛星導航系統接收機。隨著衛星導航技術在社會各個領域的廣泛應用，人們對GPS天線的性能提出了更高的要求1、寬波束及良好的低仰角性能。GPS接收機要實現高精度定位，就需要同時接收多顆衛星的導航信號，這就要求天線具備寬波束的特點。具體說來，就是在仰角大於5度的空間內都能很好地接收衛星信號。
2、高增益。採用高增益天線接收衛星信號是提高GPS接收機定位精度的有效途徑。
3、圓極化。考慮到GPS衛星發射的是圓極化電磁波，因此天線應該工作在圓極化狀態以達到良好的極化匹配。
4、多頻點工作。為了使接收機兼容不同導航系統發出的導航信號，經常要求天線能夠同時接收兩個或者多個頻點的電磁波。
5、小型化，輕型化，結構緊湊。由於GPS接收機具有不同的應用場合，如手持設備或者車載設備，因此對天線有著嚴格的體積，重量限制，同時要求天線具備緊湊的空間結構。
本發明在層疊微帶天線每層天線實現雙探針饋電的基礎上，仿真結果表明，該天線在要求的工作頻點上具備良好的軸比帶寬和較高的低仰角增益，可用於車載高性能衛星導航系統接收機。
發明內容
本發明所涉及的方案是針對雙頻圓極化輻射以及高性能衛星導航系統接收機對天線的阻抗帶寬，軸比帶寬和低仰角增益的要求，同時又較大優於其要求。為了實現以上目標，本發明採用以下技術方案通過把分別工作在兩個波段的微帶天線層疊放置來實現雙頻輻射。下層天線工作在低頻段，上層天線工作在高頻段，並採用介電常數相同的圓盤介質材料。下層天線輻射體繞著垂直中心旋轉45度。上層天線的介質板直徑大於下層天線。上層天線輻射體的周圍覆蓋斜坡式介質材料用於提高低仰角。饋電電路板位於下層天線介質基板的下方，一側為採用兩塊商業晶片的饋電電路，另外一側為饋電網絡的地板，直接接觸下層天線的地板。
圖1為本發明的三維立體視2為天線的正面視3為天線的背面視4為饋電電路地板示意中1、斜坡覆蓋式介質板，2、上層天線輻射體，3、上層天線介質基板，4、下層天線輻射體，5、下層天線介質基板，6、下層天線饋電點，7、冗餘過孔，8、上層天線饋電探針，9、上層天線饋電點，10、公共金屬地板，11、饋電電路介質基板，12、上層天線饋電電路，13、下層天線饋電電路14、饋電電路金屬地板，15、饋電電路的金屬過孔圖5、仿真得到的上層天線(左)和下層天線(右)在Φ＝70°方向上的軸比。
圖6、仿真得到的上層天線(左)和下層天線(右)在Φ＝70°方向上的主極化增益圖。
設計步驟參閱圖1、2、3、4所示，本改進的雙頻圓極化天線由斜坡覆蓋式介質板、上層天線、下層天線和饋電網絡層疊構成。上層天線的饋電探針經過下層天線的位置處開兩個過孔，為饋電探針提供通道。斜坡覆蓋式介質板均勻覆蓋在上層天線輻射體的周圍，其直徑大於上層天線介質基板，使之能夠提高整個雙頻天線的主極化增益。上層天線的介質基板為圓盤形，其直徑又大於下層天線的介質基板，同時可提高上層天線的軸比性能和整個雙頻天線的主極化增益。下層天線輻射體繞垂直中心旋轉45度，可使其避開上層天線輻射體遮擋，從而能夠得到充分輻射。
對上面所描述的模型進行統一建模仿真，設置工作頻點及介質板的電參數，優化輻射體的尺寸和饋電點的位置，使之工作在所需要的頻點。
權利要求
1.一種改進的雙頻圓極化高增益層疊微帶天線的設計方法，其特徵在於，天線由上層天線周圍覆蓋的斜坡式介質材料結構、上下兩層微帶天線和置於最底層的饋電網絡構成。其中覆蓋的斜坡式介質材料與上層天線為一體，每層天線包括介質基板，地板和輻射體三部分。饋電網絡專門為兩塊商業晶片設計使用。
2.如權利要求1所述的改進的雙頻圓極化高增益層疊微帶天線的設計方法，其特徵在於，上層天線輻射體的周圍覆蓋斜坡式介質材料結構。
3.如權利要求1所述的改進的雙頻圓極化高增益層疊微帶天線的設計方法，其特徵在於，覆蓋的介質材料直徑大於上層天線介質基板直徑結構。
4.如權利要求1所述的改進的雙頻圓極化高增益層疊微帶天線的設計方法，其特徵在於，上層天線介質基板的直徑大於下層天線介質板結構。
全文摘要
本發明涉及一種改進的雙頻圓極化高增益層疊微帶天線的設計方法，該天線採用層疊結構實現微帶天線的雙頻段輻射，具有較高的低仰角增益和較好的軸比性能。上下兩層微帶天線均採用雙探針饋電技術及圓盤形介質板，保證天線具有良好的圓極化軸比帶寬和低仰角。上層天線輻射體周圍覆蓋斜坡式介質材料，其直徑大於上層天線介質基板，同時上層天線介質基板直徑大於下層天線，從而提高了軸比性能和整個雙頻天線的低仰角性能。本發明不僅很好地實現了雙頻和圓極化輻射，同時具備較好的輻射性能，可用於高性能衛星導航系統接收機，同時，滿足車載設備對天線體積和重量的限制。
文檔編號H01Q13/08GK101060203SQ20071010039
公開日2007年10月24日 申請日期2007年6月11日 優先權日2007年6月11日
發明者苗俊剛, 羅賢梁, 李鳳琴, 白冰, 郝立強, 趙鑫, 劉東海 申請人:北京航空航天大學