專利名稱：一種改進(jìn)的雙頻圓極化高增益層疊微帶天線的設(shè)計(jì)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一款改進(jìn)的雙頻圓極化高增益層疊微帶天線的設(shè)計(jì)方法。該天線可應(yīng)用于車載高性能衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)接收機(jī)。
背景技術(shù)：
圓極化微帶天線廣泛應(yīng)用于衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)接收機(jī)。隨著衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)在社會(huì)各個(gè)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)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(jī)要實(shí)現(xiàn)高精度定位，就需要同時(shí)接收多顆衛(wèi)星的導(dǎo)航信號，這就要求天線具備寬波束的特點(diǎn)。具體說來，就是在仰角大于5度的空間內(nèi)都能很好地接收衛(wèi)星信號。
2、高增益。采用高增益天線接收衛(wèi)星信號是提高GPS接收機(jī)定位精度的有效途徑。
3、圓極化?？紤]到GPS衛(wèi)星發(fā)射的是圓極化電磁波，因此天線應(yīng)該工作在圓極化狀態(tài)以達(dá)到良好的極化匹配。
4、多頻點(diǎn)工作。為了使接收機(jī)兼容不同導(dǎo)航系統(tǒng)發(fā)出的導(dǎo)航信號，經(jīng)常要求天線能夠同時(shí)接收兩個(gè)或者多個(gè)頻點(diǎn)的電磁波。
5、小型化，輕型化，結(jié)構(gòu)緊湊。由于GPS接收機(jī)具有不同的應(yīng)用場合，如手持設(shè)備或者車載設(shè)備，因此對天線有著嚴(yán)格的體積，重量限制，同時(shí)要求天線具備緊湊的空間結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明在層疊微帶天線每層天線實(shí)現(xiàn)雙探針饋電的基礎(chǔ)上，仿真結(jié)果表明，該天線在要求的工作頻點(diǎn)上具備良好的軸比帶寬和較高的低仰角增益，可用于車載高性能衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)接收機(jī)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所涉及的方案是針對雙頻圓極化輻射以及高性能衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)接收機(jī)對天線的阻抗帶寬，軸比帶寬和低仰角增益的要求，同時(shí)又較大優(yōu)于其要求。為了實(shí)現(xiàn)以上目標(biāo)，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案通過把分別工作在兩個(gè)波段的微帶天線層疊放置來實(shí)現(xiàn)雙頻輻射。下層天線工作在低頻段，上層天線工作在高頻段，并采用介電常數(shù)相同的圓盤介質(zhì)材料。下層天線輻射體繞著垂直中心旋轉(zhuǎn)45度。上層天線的介質(zhì)板直徑大于下層天線。上層天線輻射體的周圍覆蓋斜坡式介質(zhì)材料用于提高低仰角。饋電電路板位于下層天線介質(zhì)基板的下方，一側(cè)為采用兩塊商業(yè)芯片的饋電電路，另外一側(cè)為饋電網(wǎng)絡(luò)的地板，直接接觸下層天線的地板。


圖1為本發(fā)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(zhì)板，2、上層天線輻射體，3、上層天線介質(zhì)基板，4、下層天線輻射體，5、下層天線介質(zhì)基板，6、下層天線饋電點(diǎn)，7、冗余過孔，8、上層天線饋電探針，9、上層天線饋電點(diǎn)，10、公共金屬地板，11、饋電電路介質(zhì)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(shè)計(jì)步驟參閱圖1、2、3、4所示，本改進(jìn)的雙頻圓極化天線由斜坡覆蓋式介質(zhì)板、上層天線、下層天線和饋電網(wǎng)絡(luò)層疊構(gòu)成。上層天線的饋電探針經(jīng)過下層天線的位置處開兩個(gè)過孔，為饋電探針提供通道。斜坡覆蓋式介質(zhì)板均勻覆蓋在上層天線輻射體的周圍，其直徑大于上層天線介質(zhì)基板，使之能夠提高整個(gè)雙頻天線的主極化增益。上層天線的介質(zhì)基板為圓盤形，其直徑又大于下層天線的介質(zhì)基板，同時(shí)可提高上層天線的軸比性能和整個(gè)雙頻天線的主極化增益。下層天線輻射體繞垂直中心旋轉(zhuǎn)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(jìn)行統(tǒng)一建模仿真，設(shè)置工作頻點(diǎn)及介質(zhì)板的電參數(shù)，優(yōu)化輻射體的尺寸和饋電點(diǎn)的位置，使之工作在所需要的頻點(diǎn)。
權(quán)利要求
1.一種改進(jìn)的雙頻圓極化高增益層疊微帶天線的設(shè)計(jì)方法，其特征在于，天線由上層天線周圍覆蓋的斜坡式介質(zhì)材料結(jié)構(gòu)、上下兩層微帶天線和置于最底層的饋電網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成。其中覆蓋的斜坡式介質(zhì)材料與上層天線為一體，每層天線包括介質(zhì)基板，地板和輻射體三部分。饋電網(wǎng)絡(luò)專門為兩塊商業(yè)芯片設(shè)計(jì)使用。
2.如權(quán)利要求1所述的改進(jìn)的雙頻圓極化高增益層疊微帶天線的設(shè)計(jì)方法，其特征在于，上層天線輻射體的周圍覆蓋斜坡式介質(zhì)材料結(jié)構(gòu)。
3.如權(quán)利要求1所述的改進(jìn)的雙頻圓極化高增益層疊微帶天線的設(shè)計(jì)方法，其特征在于，覆蓋的介質(zhì)材料直徑大于上層天線介質(zhì)基板直徑結(jié)構(gòu)。
4.如權(quán)利要求1所述的改進(jìn)的雙頻圓極化高增益層疊微帶天線的設(shè)計(jì)方法，其特征在于，上層天線介質(zhì)基板的直徑大于下層天線介質(zhì)板結(jié)構(gòu)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種改進(jìn)的雙頻圓極化高增益層疊微帶天線的設(shè)計(jì)方法，該天線采用層疊結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)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采用雙探針饋電技術(shù)及圓盤形介質(zhì)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(zhì)材料，其直徑大于上層天線介質(zhì)基板，同時(shí)上層天線介質(zhì)基板直徑大于下層天線，從而提高了軸比性能和整個(gè)雙頻天線的低仰角性能。本發(fā)明不僅很好地實(shí)現(xiàn)了雙頻和圓極化輻射，同時(shí)具備較好的輻射性能，可用于高性能衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)接收機(jī)，同時(shí)，滿足車載設(shè)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(yōu)先權(quán)日2007年6月11日
發(fā)明者苗俊剛, 羅賢梁, 李鳳琴, 白冰, 郝立強(qiáng), 趙鑫, 劉東海 申請人:北京航空航天大學(xué)