專利名稱：圓極化多模寬帶天線及微帶功分移相網(wǎng)絡(luò)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種圓極化多模寬帶天線及微帶功分移相網(wǎng)絡(luò)。
背景技術(shù)：
全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)是利用衛(wèi)星向全球用戶提供高質(zhì)量的定位、導(dǎo)航和授時(shí)服務(wù)， 其不僅在經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域(民用)有重大應(yīng)用，而且在國(guó)防方面(軍用)也有不可替代的作用。目前， 美國(guó)的GPS，俄羅斯的GL0NASS已被廣泛應(yīng)用，歐洲的Galileo和中國(guó)的Compass也均已服務(wù)于社會(huì)。未來(lái)的衛(wèi)星定位導(dǎo)航系統(tǒng)為了提高定位精度和解決單一系統(tǒng)覆蓋空白的問(wèn)題， 必將是采用多種衛(wèi)星導(dǎo)航體制相兼容的模式，這將對(duì)終端天線提出新的要求，因此研究一種兼容多模衛(wèi)星定位導(dǎo)航系統(tǒng)的終端天線具有重大的現(xiàn)實(shí)意義。

微帶天線由于其體積小、重量輕、剖面低、且易于加工和電路集成等諸多優(yōu)點(diǎn)，成為衛(wèi)星定位導(dǎo)航天線的最佳選擇，但是其固有的頻帶窄，一般典型微帶天線的帶寬在0. 7% 到7%左右，限制了多模衛(wèi)星定位天線的設(shè)計(jì)。傳統(tǒng)的GPS天線要么僅適用于GPS導(dǎo)航系統(tǒng)，要么為了兼容四種衛(wèi)星定位導(dǎo)航系統(tǒng)，采用了低介電常數(shù)泡沫材料和層疊貼片的結(jié)構(gòu)， 并用L型帶條耦合饋電的結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致天線體積較大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)上述所述現(xiàn)有的傳統(tǒng)GPS天線的單頻帶以及體積大的缺陷，提出一種適用于四種衛(wèi)星導(dǎo)航模式的矩形開(kāi)槽貼片微帶天線，采用天線和饋電網(wǎng)絡(luò)分開(kāi)設(shè)計(jì)，使用電纜連接，來(lái)消除傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中饋電網(wǎng)絡(luò)對(duì)輻射方向圖的影響；天線部分采用矩形微帶貼片結(jié)構(gòu)，在輻射貼片四周對(duì)稱位置開(kāi)矩形縫隙，來(lái)提高微帶天線的阻抗帶寬；饋電部分采用四功分相移網(wǎng)絡(luò)均勻饋電，來(lái)改善圓極化帶寬和圓極化純度。本發(fā)明的技術(shù)方案如下
一種圓極化多模寬帶天線及微帶功分移相網(wǎng)絡(luò)，其特征在于包括有天線和饋電網(wǎng)絡(luò)， 所述的天線包括介質(zhì)基板，所述介質(zhì)基板的表面附著有矩形輻射貼片，矩形輻射貼片的四周分別設(shè)有矩形裂縫，矩形輻射貼片的四周分別具有多根向外延伸的微帶線；所述的饋電網(wǎng)絡(luò)由第一、二級(jí)饋電電路組成，第一級(jí)饋電電路由功分器和180°寬帶移相器級(jí)聯(lián)組成， 第一級(jí)饋電電路外接信號(hào)源的總端口，第二級(jí)饋電電路包括二個(gè)饋電電路單元，每個(gè)饋電電路單元均由功分器和90°寬帶移相器級(jí)聯(lián)組成，第二級(jí)饋電電路具有多個(gè)饋電端口且與矩形輻射貼片四周的多根微帶線分別電連接，所述多個(gè)饋電端口的相位依次相差90°。所述的圓極化多模寬帶天線及微帶功分移相網(wǎng)絡(luò)，其特征在于所述介質(zhì)基板的介電常數(shù)為2 4。所述的圓極化多模寬帶天線及微帶功分移相網(wǎng)絡(luò)，其特征在于所述天線的頻率覆蓋范圍為115(Tl320MHz 和 1550 1620ΜΗζ。所述的圓極化多模寬帶天線及微帶功分移相網(wǎng)絡(luò)，其特征在于所述天線輻射電磁波極化為右旋圓極化，且軸比AR<3dB。
所述的圓極化多模寬帶天線及微帶功分移相網(wǎng)絡(luò)，其特征在于所述天線的增益 Gain>6dB。所述的圓極化多模寬帶天線及微帶功分移相網(wǎng)絡(luò)，其特征在于所述的功分器為 Wilkinson 功分器。分析天線設(shè)計(jì)要求知，一方面阻抗帶寬較寬(BW=470MHz)，另一方面是寬頻帶的圓極化要求。由于該天線阻抗相對(duì)帶寬達(dá)34%，故使用常規(guī)微帶天線根本無(wú)法完成設(shè)計(jì)要求。 常用的展寬微帶天線帶寬的方法有使用層疊貼片；增加介質(zhì)基板的厚度，降低介質(zhì)的介電常數(shù)；貼片表面開(kāi)槽加載技術(shù)等。顯而易見(jiàn)，前兩種方法都會(huì)帶來(lái)天線體積增大的弊端，而使用貼片表面開(kāi)槽技術(shù)則不會(huì)帶來(lái)這種影響，而且設(shè)計(jì)靈活多變，增大了設(shè)計(jì)的自由度。對(duì)于要實(shí)現(xiàn)如此寬頻段的優(yōu)良圓極化性能，本發(fā)明選擇使用多饋點(diǎn)饋電實(shí)現(xiàn)圓極化的方案，采用寬帶四功分移相網(wǎng)絡(luò)饋電。即利用四個(gè)在空間位置上對(duì)稱和相位上依次相差90°的信號(hào)來(lái)激勵(lì)起相互正交的電場(chǎng)分量以實(shí)現(xiàn)圓極化，這種設(shè)計(jì)不僅可以有效的提高圓極化軸比帶寬及純度，而且由于是對(duì)稱結(jié)構(gòu)可以改善相位方向圖的周向?qū)ΨQ性，保證了相位中心的穩(wěn)定。 本發(fā)明的有益效果
本發(fā)明性能優(yōu)良，可以應(yīng)用于當(dāng)前的四種衛(wèi)星定位導(dǎo)航服務(wù)系統(tǒng)，天線采用輻射貼片開(kāi)槽以提高阻抗帶寬，大大減小了天線厚度，具有良好的輻射特性和電特性；本發(fā)明采用四功分移相網(wǎng)絡(luò)饋電，大大提高了圓極化帶寬和圓極化純度。


圖1是本發(fā)明的天線結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明的饋電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是本發(fā)明多模衛(wèi)星導(dǎo)航天線的反射系數(shù)圖，S卩S(l，l)圖。圖4是本發(fā)明天線增益和軸比圖。圖5是本發(fā)明多模衛(wèi)星導(dǎo)航天線的方向圖，其中(a)為天線在1207MHz頻率處的輻射方向圖，(b)為天線在1575MHz頻率處的輻射方向圖。
具體實(shí)施例方式參見(jiàn)圖1、2，一種圓極化多模寬帶天線及微帶功分移相網(wǎng)絡(luò)，包括有天線和饋電網(wǎng)絡(luò)，天線包括介質(zhì)基板1，介質(zhì)基板1的表面附著有矩形輻射貼片2，矩形輻射貼片2的四周分別設(shè)有矩形裂縫3，矩形輻射貼片2的四周分別具有四根向外延伸的微帶線4 ；饋電網(wǎng)絡(luò)由第一、二級(jí)饋電電路組成，第一級(jí)饋電電路由功分器和180°寬帶移相器級(jí)聯(lián)組成，第一級(jí)饋電電路外接信號(hào)源的總端口，第二級(jí)饋電電路包括二個(gè)饋電電路單元，每個(gè)饋電電路單元均由功分器和90°寬帶移相器級(jí)聯(lián)組成，第二級(jí)饋電電路具有四個(gè)饋電端口 5、6、7、8 且與矩形輻射貼片四周的四根微帶線4分別電連接，四個(gè)饋電端口 5、6、7、8的相位依次相差90°，即四個(gè)饋電端口 5、6、7、8的相位依次為0°、90°、180°、270°。介質(zhì)基板1的介電常數(shù)為2 4。天線的頻率覆蓋范圍為115(Tl320MHz和155(Tl620MHz。天線輻射電磁波極化為右旋圓極化，且軸比AR<3dB。
天線的增益Gain>6dB。功分器為Wilkinson功分器。以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明
參見(jiàn)圖3，由圖可見(jiàn)，該天線SlK-IOdb的阻抗帶寬為1.07GHz 1.79GHz，達(dá)到了 48. 6% 的相對(duì)帶寬。參見(jiàn)圖4，由圖可見(jiàn)，天線增益在工作頻段內(nèi)大于6dB，頂點(diǎn)軸比在工作頻段內(nèi)均小于3dB，可見(jiàn)該天線增益較高，圓極化純度較好。圖5給出了天線在1207MHz (Compass系統(tǒng))和1575MHz (GPS系統(tǒng))的方向圖，由圖知天線在 兩頻點(diǎn)上的交叉極化均優(yōu)于25dB，天線主瓣方向圖對(duì)稱，半功率波束寬度大于 70°，且隨頻率升高，方向圖變窄，這是由于地面的電尺寸相對(duì)增大的緣故。上述結(jié)果表明該發(fā)明非常適合多模衛(wèi)星定位導(dǎo)航系統(tǒng)。
權(quán)利要求
1.一種圓極化多模寬帶天線及微帶功分移相網(wǎng)絡(luò)，其特征在于包括有天線和饋電網(wǎng)絡(luò)，所述的天線包括介質(zhì)基板，所述介質(zhì)基板的表面附著有矩形輻射貼片，矩形輻射貼片的四周分別設(shè)有矩形裂縫，矩形輻射貼片的四周分別具有多根向外延伸的微帶線；所述的饋電網(wǎng)絡(luò)由第一、二級(jí)饋電電路組成，第一級(jí)饋電電路由功分器和180°寬帶移相器級(jí)聯(lián)組成，第一級(jí)饋電電路外接信號(hào)源的總端口，第二級(jí)饋電電路包括二個(gè)饋電電路單元，每個(gè)饋電電路單元均由功分器和90°寬帶移相器級(jí)聯(lián)組成，第二級(jí)饋電電路具有多個(gè)饋電端口且與矩形輻射貼片四周的多根微帶線分別電連接，所述多個(gè)饋電端口的相位依次相差90°。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圓極化多模寬帶天線及微帶功分移相網(wǎng)絡(luò)，其特征在于所述介質(zhì)基板的介電常數(shù)為2 4。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圓極化多模寬帶天線及微帶功分移相網(wǎng)絡(luò)，其特征在于所述天線的頻率覆蓋范圍為115(Tl320MHz和1550 1620ΜΗζ。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圓極化多模寬帶天線及微帶功分移相網(wǎng)絡(luò)，其特征在于所述天線輻射電磁波極化為右旋圓極化，且軸比AR<3dB。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圓極化多模寬帶天線及微帶功分移相網(wǎng)絡(luò)，其特征在于所述天線的增益Gain>6dB。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圓極化多模寬帶天線及微帶功分移相網(wǎng)絡(luò)，其特征在于所述的功分器為Wilkinson功分器。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種圓極化多模寬帶天線及微帶功分移相網(wǎng)絡(luò)，包括有天線和饋電網(wǎng)絡(luò)，饋電網(wǎng)絡(luò)由第一、二級(jí)饋電電路組成，第一級(jí)饋電電路由功分器和180°寬帶移相器級(jí)聯(lián)組成，第一級(jí)饋電電路外接信號(hào)源的總端口，第二級(jí)饋電電路包括二個(gè)饋電電路單元，每個(gè)饋電電路單元均由功分器和90°寬帶移相器級(jí)聯(lián)組成。本發(fā)明性能優(yōu)良，可以應(yīng)用于當(dāng)前的四種衛(wèi)星定位導(dǎo)航服務(wù)系統(tǒng)，天線采用輻射貼片開(kāi)槽以提高阻抗帶寬，大大減小了天線厚度，具有良好的輻射特性和電特性；本發(fā)明采用四功分移相網(wǎng)絡(luò)饋電，大大提高了圓極化帶寬和圓極化純度。
文檔編號(hào)H01Q13/10GK102185182SQ20111008851
公開(kāi)日2011年9月14日 申請(qǐng)日期2011年4月9日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月9日
發(fā)明者付燦, 俞建琪, 吳昊, 李民權(quán), 楊勇, 楊茂清, 王小兵, 王新 申請(qǐng)人:合肥安大電子檢測(cè)技術(shù)有限公司