專利名稱：北斗系統(tǒng)耦合加載寄生單元正交合成雙頻微帶天線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種三角形雙頻微帶天線，尤其是涉及一種用于北斗衛(wèi)星系統(tǒng)的小型化收發(fā)一體的北斗系統(tǒng)耦合加載寄生單元正交合成雙頻微帶天線。
背景技術(shù)：
衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)是重要的空間基礎(chǔ)設(shè)施，能夠廣泛用于社會(huì)生活的各個(gè)方面，具有重大的政治、軍事、社會(huì)意義，也能夠?yàn)槿祟悗?lái)巨大的經(jīng)濟(jì)效益。我國(guó)作為幅員遼闊、人口眾多的最大發(fā)展中國(guó)家，有必要擁有自己的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。迄今為止，我國(guó)發(fā)射的北斗衛(wèi)星已基本構(gòu)建了北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。北斗衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)(BeiDou)是中國(guó)自主研制開(kāi)發(fā)的區(qū)域性有源三維衛(wèi)星定位與通信系統(tǒng)(CNSS)，是繼美國(guó)的全球定位系統(tǒng)(GPS)、俄羅斯的GL0NASS之后第三個(gè)成熟的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。北斗衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)致力于向全球用戶提供高質(zhì)量的定位、導(dǎo)航和授時(shí)服務(wù)，突出特點(diǎn)是衛(wèi)星數(shù)目少，用戶終端設(shè)備簡(jiǎn)單，其建設(shè)與發(fā)展則遵循開(kāi)放性、自主性、兼容性、漸進(jìn)性四項(xiàng)原則。然而天線作為衛(wèi)星通信系統(tǒng)必不可缺少的一部分，它決定著衛(wèi)星通信系統(tǒng)的性能。由于北斗導(dǎo)航系統(tǒng)是主動(dòng)式雙向測(cè)距二維導(dǎo)航，所以用戶設(shè)備必須包含發(fā)射機(jī)，這就對(duì)北斗終端天線提出來(lái)較高的要求。北斗衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)工作于上行L頻段(左圓極化)、下行S頻段(右圓極化)。同時(shí)，北斗系統(tǒng)用戶端為了和其它衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)兼容，也要求天線在雙頻段或多頻段具有良好的性能。因此，北斗天線的多頻化和圓極化就成了研究的目標(biāo)和重點(diǎn)。隨著衛(wèi)星通信系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用，各種天線已經(jīng)運(yùn)用在衛(wèi)星系統(tǒng)中，如單極的、雙極的、螺旋的、四臂螺旋的，以及微帶天線，均可用于衛(wèi)星通信系統(tǒng)的各種天線中。微帶天線因具有剖面低、體積小、重量輕、可共形、易集成、饋電方式靈活、便于獲得線極化和圓極化等優(yōu)點(diǎn)，已在移動(dòng)通信，衛(wèi)星通訊，導(dǎo)彈遙測(cè)，多普勒雷達(dá)等許多領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用。圓極化技術(shù)和多頻技術(shù)的結(jié)合是近年研究的重點(diǎn)內(nèi)容。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種尺寸適中、帶寬較大、回波損耗較低、增益高、接收與發(fā)射信號(hào)頻道干擾小的北斗系統(tǒng)耦合加載寄生單元正交合成雙頻微帶天線。通過(guò)本發(fā)明的加載技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)3個(gè)相位相差60°的電流，再結(jié)合優(yōu)化調(diào)整縫隙和橋接部分可實(shí)現(xiàn)相位匹配，在北斗收發(fā)頻段實(shí)現(xiàn)雙頻圓極化。本發(fā)明設(shè)有介質(zhì)基板，所述介質(zhì)基板的兩個(gè)表面上敷有導(dǎo)體，在介質(zhì)基板上表面的導(dǎo)體面上雕刻有帶縫隙和加載的三角形貼片，在以三角形頂點(diǎn)和中心的連線為軸開(kāi)設(shè)3個(gè)長(zhǎng)方形縫隙，3個(gè)長(zhǎng)方形縫隙連成“人”字型，每個(gè)長(zhǎng)方形的長(zhǎng)為5 8_、寬為O. 5 Imm ;平行于三角形的三邊外加載長(zhǎng)方形貼片，長(zhǎng)方形貼片的長(zhǎng)為15 28mm,寬為O. 5 3mm ;長(zhǎng)方形貼片和三角形邊長(zhǎng)之間采用矩形相連，矩形長(zhǎng)為2 6mm，寬為O. 5 2mm ;介質(zhì)基板下表面的導(dǎo)體面作為接地。所述介質(zhì)基板的介電常數(shù)可為9 15,最好為10,所述介質(zhì)基板可采用圓柱形介質(zhì)基板等，所述介質(zhì)基板的半徑可為 10 30mm,厚可為2 4mm,最好半徑為20mm,厚為3mm ;所述介質(zhì)基板可采用陶瓷介質(zhì)基板。所述導(dǎo)體可采用銅或銀等。本發(fā)明利用開(kāi)縫隙和加載使簡(jiǎn)并模分離產(chǎn)生兩個(gè)正交極化的相位差90°的簡(jiǎn)并模，再通過(guò)尋找兩個(gè)饋點(diǎn)的位置實(shí)現(xiàn)雙頻，從而實(shí)現(xiàn)了雙頻圓極化。通過(guò)調(diào)整縫隙和加載的貼片的大小可靈活控制頻點(diǎn)位置及增益。本發(fā)明的設(shè)計(jì)頻率為雙頻，其頻段分別為1. 56 1. 64G與2. 44 2. 56G，可覆蓋了北斗衛(wèi)星及衛(wèi)星定位系統(tǒng)的工作頻段。本發(fā)明與常規(guī)微帶天線相比具有以下優(yōu)點(diǎn)1.易于實(shí)現(xiàn)圓極化。由于同時(shí)采用了加載技術(shù)和縫隙匹配，形成了 3個(gè)互成60°的電流，又可以設(shè)置饋電位置來(lái)使電流正交極化，最后利用縫隙和橋接分別實(shí)現(xiàn)雙頻點(diǎn)的相位匹配。2.易于實(shí)現(xiàn)雙頻特性。由于采用了雙同軸饋電的方式和以上結(jié)構(gòu)，方便在不同的位置實(shí)現(xiàn)相位和阻抗匹配。具有雙頻工作頻帶L頻段與S頻段，L頻段為1. 56 1. 66GHz,絕對(duì)帶寬為O. 1GHz，相對(duì)帶寬為6. 2% ；S頻段為2. 47 2. 5GHz，絕對(duì)帶寬為O. 03GHz，相對(duì)帶寬為1. 2%。3.尺寸比傳統(tǒng)天線要小。一是采用了高介電常數(shù)基板，使得微帶縫隙陣列天線的尺寸得到了進(jìn)一步的縮小。二是采用了上述加載耦合方法，使得結(jié)構(gòu)更加緊湊。綜上所述，本發(fā)明具有尺寸適中、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、雙頻工作、帶寬大、輻射特征好、受環(huán)境因素影響小、成本低、易集成等優(yōu)點(diǎn)，可達(dá)到北斗衛(wèi)星與GPS導(dǎo)航等衛(wèi)星通信系統(tǒng)對(duì)天線的要求。本發(fā)明中采用了加載和開(kāi)縫隙的結(jié)構(gòu)，通過(guò)改變縫隙和加載貼片的參數(shù)、結(jié)構(gòu)、數(shù)目來(lái)實(shí)現(xiàn)圓極化和雙頻特性，其對(duì)應(yīng)的可調(diào)頻率比的變化范圍大。完全可以滿足北斗衛(wèi)星通信系統(tǒng)的要求。


圖1為本發(fā)明實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明實(shí)施例的側(cè)面示意圖。圖3為本發(fā)明實(shí)施例的回波損耗(S11)性能圖。在圖3中，橫坐標(biāo)表示頻率Frequency (GHz),縱坐標(biāo)表不回波損耗強(qiáng)度 The return loss of the Antenna (dB);坐標(biāo)為直角坐標(biāo)。圖4為本發(fā)明實(shí)施例的回波損耗(S22)性能圖。在圖4中，橫坐標(biāo)表示頻率Frequency (GHz),縱坐標(biāo)表不回波損耗強(qiáng)度 The return loss of the Antenna (dB);坐標(biāo)為直角坐標(biāo)。圖5為本發(fā)明實(shí)施例在L頻段的E面方向圖。在圖5中，坐標(biāo)為極坐標(biāo)。圖6為本發(fā)明實(shí)施例在L頻段的H面方向圖。在圖6中，坐標(biāo)為極坐標(biāo)。圖7為本發(fā)明實(shí)施例在S頻段的E面方向圖。在圖7中，坐標(biāo)為極坐標(biāo)。
圖8為本發(fā)明實(shí)施例在S頻段的H面方向圖。在圖8中，坐標(biāo)為極坐標(biāo)。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。參見(jiàn)圖1和2，圖中標(biāo)記I為介電常數(shù)為10的圓形介質(zhì)基板，其半徑為20mm。在介質(zhì)基板的兩面覆有銅，上表面為開(kāi)縫加載的覆銅層2，其基本形狀是三角形。在覆銅層2的三角形貼片中分別以三個(gè)頂角和中心的連線為軸，以中心為起點(diǎn)開(kāi)長(zhǎng)方形縫隙，組成人字形型，長(zhǎng)方形縫隙的相關(guān)參數(shù)對(duì)應(yīng)如下長(zhǎng)為6. 8±0. 1mm、寬為1±0. 1mm。同時(shí)，沿著三角形的三邊加載長(zhǎng)方形貼片，長(zhǎng)方形貼片的長(zhǎng)為22. 32±0.1mm,寬為2±0. 1mm。長(zhǎng)方形貼片和三角形邊線中心相連，相連處采用矩形，矩形長(zhǎng)為4±0. 1mm，寬為1. 3±0.1mm0介質(zhì)基板I的整個(gè)下表面都覆有銅層3，作為微帶天線的 反射板。圖中標(biāo)記3和4為饋孔，都是半徑為O. 5mm±0.1mm,高度為3mm±0. 2mm,穿過(guò)介質(zhì)板的空心圓柱；標(biāo)記4為同軸饋電。本發(fā)明中采用銅軸線偏饋的形式饋電，這種饋電形式使得天線的Sll更低，增益增大。其中銅軸線的內(nèi)芯通過(guò)饋孔與矩形帖片2連接，而銅軸線的外芯與介質(zhì)板下表面的反射板相連。參見(jiàn)圖3和4，從圖中可以看出，本發(fā)明天線的工作頻段為1. 56 1.66GHz與2. 47 2. 5GHz。在這兩個(gè)工作頻段內(nèi)天線的回波損耗(Sll)都在-1OdB以下，在L頻段內(nèi)的最小回波損耗為_(kāi)25.8947dB，S頻段內(nèi)的最小回波損耗為-28. 5733dB。從上可以看出，在整個(gè)通頻帶內(nèi)天線的回波損耗性情都能達(dá)到要求。本發(fā)明天線在L頻段的絕對(duì)帶寬與相對(duì)帶寬分別為0.1GHz與6. 2% ;在S頻段的絕對(duì)帶寬與相對(duì)帶寬分別為0. 03GHz與1. 2%，好于一般的貼片微帶天線，可以很好地應(yīng)用于北斗衛(wèi)星系統(tǒng)中。參見(jiàn)圖5 8，其中圖5和6為1. 616GHz時(shí)的E面圖和H面圖，圖7和8為2. 49GHz時(shí)的E面圖和H面圖。從圖中可看出，本發(fā)明具有定向輻射特性?？蓾M足衛(wèi)星通信系統(tǒng)的要求。在圓形微帶天線背面采用2個(gè)同軸線正交合成饋電，一個(gè)在人字形槽下方距離三角形中心在接地板的投影4 6mm處,另一個(gè)是在第一個(gè)饋點(diǎn)以三角中心為軸轉(zhuǎn)動(dòng)120° 150° ,距離三角形中心在接地板的投影4 6mm處。表I給出本發(fā)明的制造加工誤差對(duì)天線特性的影響情況。表I
權(quán)利要求
1.北斗系統(tǒng)耦合加載寄生單元正交合成雙頻微帶天線，其特征在于設(shè)有介質(zhì)基板，所述介質(zhì)基板的兩個(gè)表面上敷有導(dǎo)體，在介質(zhì)基板上表面的導(dǎo)體面上雕刻有帶縫隙和加載的三角形貼片，在以三角形頂點(diǎn)和中心的連線為軸開(kāi)設(shè)3個(gè)長(zhǎng)方形縫隙，3個(gè)長(zhǎng)方形縫隙連成“人”字型，每個(gè)長(zhǎng)方形的長(zhǎng)為5 8mm、寬為O. 5 Imm ;平行于三角形的三邊外加載長(zhǎng)方形貼片，長(zhǎng)方形貼片的長(zhǎng)為15 28mm,寬為O. 5 3mm ;長(zhǎng)方形貼片和三角形邊長(zhǎng)之間采用矩形相連，矩形長(zhǎng)為2 6mm,寬為O. 5 2_ ;介質(zhì)基板下表面的導(dǎo)體面作為接地。
2.如權(quán)利要求1所述的北斗系統(tǒng)耦合加載寄生單元正交合成雙頻微帶天線，其特征在于所述介質(zhì)基板的介電常數(shù)為9 15。
3.如權(quán)利要求2所述的北斗系統(tǒng)耦合加載寄生單元正交合成雙頻微帶天線，其特征在于所述介質(zhì)基板的介電常數(shù)為10。
4.如權(quán)利要求1所述的北斗系統(tǒng)耦合加載寄生單元正交合成雙頻微帶天線，其特征在于所述介質(zhì)基板采用圓柱形介質(zhì)基板，所述介質(zhì)基板的半徑為10 30mm,厚為2 4mm。
5.如權(quán)利要求4所述的北斗系統(tǒng)耦合加載寄生單元正交合成雙頻微帶天線，其特征在于所述介質(zhì)基板的半徑為20mm,厚為3mm。
6.如權(quán)利要求1所述的北斗系統(tǒng)耦合加載寄生單元正交合成雙頻微帶天線，其特征在于所述介質(zhì)基板采用陶瓷介質(zhì)基板。
7.如權(quán)利要求1所述的北斗系統(tǒng)耦合加載寄生單元正交合成雙頻微帶天線，其特征在于所述導(dǎo)體采用銅或銀。
全文摘要
北斗系統(tǒng)耦合加載寄生單元正交合成雙頻微帶天線，涉及一種三角形雙頻微帶天線。設(shè)有介質(zhì)基板，介質(zhì)基板的兩個(gè)表面上敷有導(dǎo)體，在介質(zhì)基板上表面的導(dǎo)體面上雕刻有帶縫隙和加載的三角形貼片，在以三角形頂點(diǎn)和中心的連線為軸開(kāi)設(shè)3個(gè)長(zhǎng)方形縫隙，3個(gè)長(zhǎng)方形縫隙連成人字型，長(zhǎng)方形的長(zhǎng)為5～8mm、寬為0.5～1mm；平行于三角形的三邊外加載長(zhǎng)方形貼片，長(zhǎng)方形貼片的長(zhǎng)為15～28mm，寬為0.5～3mm；長(zhǎng)方形貼片和三角形邊長(zhǎng)之間采用矩形相連，矩形長(zhǎng)為2～6mm，寬為0.5～2mm；介質(zhì)基板下表面的導(dǎo)體面作為接地。尺寸適中、帶寬較大、回波損耗較低、增益高、接收與發(fā)射信號(hào)頻道干擾小。
文檔編號(hào)H01Q5/00GK103022685SQ201310020828
公開(kāi)日2013年4月3日 申請(qǐng)日期2013年1月18日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月18日
發(fā)明者游佰強(qiáng), 李立之, 趙陽(yáng), 周建華, 周志微, 彭丹, 霍麗霞, 陳慕雄 申請(qǐng)人:廈門(mén)大學(xué)