一種光控的極化可重構(gòu)的gps接收天線的制作方法
【專利摘要】本實用新型屬于一種天線，具體公開一種光控的極化可重構(gòu)的GPS接收天線。該天線包括介質(zhì)層、位于介質(zhì)層一側(cè)的主輻射單元、位于一側(cè)的副輻射單元和位于介質(zhì)層另一側(cè)的底板金屬、位于主輻射單元與副輻射單元之間的光導(dǎo)開關(guān)、以及用于向光導(dǎo)開關(guān)發(fā)射出光波束的激勵光源。本實用新型的天線極化方式能夠根據(jù)需要進行改變，從而接收不同極化方式的電磁波信號，進而提高天線的接收性能，增強定位準(zhǔn)確性；能夠效避免電磁干擾，增大動態(tài)范圍，具有反應(yīng)速度快、插入損耗小，結(jié)構(gòu)簡單，安裝靈活等優(yōu)點。
【專利說明】一種光控的極化可重構(gòu)的GPS接收天線
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型屬于一種天線，具體涉及一種光控的極化可重構(gòu)的GPS接收天線。
【背景技術(shù)】
[0002]天線的極化方式是指天線輻射的電磁波的極化方式，通?？煞譃榫€極化和圓極化兩種方式。接收天線的極化方式應(yīng)與入射電磁波的極化方式相一致(稱為極化匹配)，以獲得最大的接受能力。否則就稱為極化失配，接收天線則無法接收到最大的信號。
[0003]極化可重構(gòu)天線是指天線的極化方式可根據(jù)不同的應(yīng)用情況進行變化，如，從線極化方式變化為圓極化方式，或是從右手圓極化方式變化為左手圓極化方式。天線極化方式的多樣性可有效的抑制由于多徑效應(yīng)產(chǎn)生的信號衰落，提高天線的接收性能。傳統(tǒng)的GPS接收天線在室內(nèi)等多反射環(huán)境下經(jīng)常產(chǎn)生無法定位或定位不準(zhǔn)的情況，這是因為衛(wèi)星發(fā)射的右旋圓極化波在經(jīng)過室內(nèi)復(fù)雜環(huán)境的多次反射后，會有很大一部分右旋圓極化波變化為左旋圓極化波，傳統(tǒng)的右旋圓極化方式的接收天線無法接收到左旋圓極化波，因此，僅有一部分信號被接收天線接收到并用于定位，這就會造成定位不準(zhǔn)。如果接收天線既可以接收右旋圓極化波也可以接收左旋圓極化波，并按一定方式將兩種極化的電磁波加權(quán)組合在一起，可以大大提高GPS接收天線在多反射環(huán)境下的接收性能，使定位更加準(zhǔn)確。
[0004]現(xiàn)有技術(shù)中用于實現(xiàn)可重構(gòu)天線的方式主要有三種:1)有源器件:如PIN 二極管等。通過外加不同的直流電壓偏置，有源器件的工作狀態(tài)可以在導(dǎo)通和阻斷間相互轉(zhuǎn)換。將有源器件嵌入到天線的輻射單元中，就可對輻射單元的結(jié)構(gòu)、尺寸等進行修改，達到重構(gòu)天線性能的目的。但有源器件需要外加直流電壓偏置以改變其工作狀態(tài)，因此需將偏置線與輻射單元連接在一起，而這些偏置線將嚴重干擾天線的輻射性能。2)微機電系統(tǒng):與有源器件的工作方式類似，微機電系統(tǒng)也是通過外加直流電壓偏置改變其工作狀態(tài)(導(dǎo)通或阻斷)，因此其偏置線也會不可避免的產(chǎn)生對天線輻射性能的干擾。3)特殊材料:一些特殊的電磁材料，如鐵氧體、液晶等，在外加強電場或者強磁場的作用下，其相對介電常數(shù)或者磁導(dǎo)率會產(chǎn)生變化，用這些材料做成天線的襯底，其變化的介電常數(shù)或磁導(dǎo)率就會引起天線輻射性能的變化。但這些特殊材料的變化范圍通常很小，難以對天線的性能產(chǎn)生明顯的改變。
[0005]光控技術(shù)是通過將特定的光源直接作用在高純度半導(dǎo)體上，從而改變半導(dǎo)體的導(dǎo)通性能，實現(xiàn)半導(dǎo)體在導(dǎo)通與阻斷兩狀態(tài)間的轉(zhuǎn)換。與上述三種技術(shù)相比，光控技術(shù)有著明顯的優(yōu)勢:不需要偏置線，因此不會產(chǎn)生電磁干擾；反應(yīng)速度很快，一般為納秒級；插入損耗??；動態(tài)范圍大；體積?。毁|(zhì)量輕；結(jié)構(gòu)簡單；安裝靈活。因此，本實用新型針對現(xiàn)有單一極化天線的限制，通過光控技術(shù)實現(xiàn)極化可重構(gòu)的GPS接收天線。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]針對現(xiàn)有技術(shù)中GPS接收天線的極化方式單一、在室內(nèi)等多反射環(huán)境下的接收性能較差，會造成無法定位或定位不準(zhǔn)確，以及電磁干擾大，動態(tài)范圍小等的技術(shù)問題，本實用新型提供一種光控的極化可重構(gòu)的GPS接收天線，該天線極化方式能夠根據(jù)需要進行改變，從而接收不同極化方式的電磁波信號，進而提高天線的接收性能，增強定位準(zhǔn)確性；能夠效避免電磁干擾，增大動態(tài)范圍，具有反應(yīng)速度快、插入損耗小，結(jié)構(gòu)簡單，安裝靈活等優(yōu)點。
[0007]實現(xiàn)本實用新型目的的技術(shù)方案:一種光控的極化可重構(gòu)的GPS接收天線，該天線包括介質(zhì)層、位于介質(zhì)層一側(cè)的主輻射單元、位于一側(cè)的副輻射單元和位于介質(zhì)層另一側(cè)的底板金屬、位于主輻射單元與副輻射單元之間的光導(dǎo)開關(guān)、以及用于向光導(dǎo)開關(guān)發(fā)射出光波束的激勵光源。
[0008]所述的主輻射單元的四個邊外側(cè)分別布置了 一個副輻射單元。
[0009]所述的主輻射單元的四個邊與四個副輻射單元之間均各形成一個隔離槽，位于每個隔離槽均各設(shè)有一個光導(dǎo)開關(guān)。
[0010]所述的每個光導(dǎo)開關(guān)均各自對應(yīng)一個向其發(fā)射出光波束的激勵光源。
[0011]本實用新型的有益技術(shù)效果在于:(1)本實用新型通過在分別控制嵌入在微帶天線輻射單元上的4塊硅制光控開關(guān)的工作方式(導(dǎo)通或阻斷)，可使天線的極化方式隨之改變，從而使天線工作在4種不同的工作模式下，分別為左手圓極化，右手圓極化及兩種不同諧振頻率的線極化，實現(xiàn)極化可重構(gòu)特性。(2)本實用新型通過采用硅制的光控開關(guān)控制天線的極化方式，有效的避免了由于傳統(tǒng)控制方式中偏置線造成的電磁干擾，增大了動態(tài)范圍，并實現(xiàn)了反應(yīng)速度快，插入損耗小，結(jié)構(gòu)簡單，安裝靈活等特點。(3)本實用新型通過優(yōu)化光控開關(guān)的材料，光波束的波長，光波束的強度以及隔離槽的大小，優(yōu)化了硅制光控開關(guān)的性能，實現(xiàn)了最佳插入損耗0.6dB，最佳隔離度22dB。(4)本實用新型通過控制不同的硅制光控開關(guān)，可使天線分別工作在左手圓極化模式和右手圓極化模式，其軸比的仿真結(jié)果可達到1.295dB，測試結(jié)果可達到1.299dB。(5)本實用新型通過控制不同的硅制光控開關(guān)，可實現(xiàn)線極化，其極化隔離度的測試結(jié)果可達到大于20dB。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1為本實用新型所提供的一種光控的極化可重構(gòu)的GPS接收天線的主視示意圖；
[0013]圖2為圖1的側(cè)視圖。
[0014]圖3為本實用新型中采用的光控開關(guān)插入損耗和隔離度的測試結(jié)果圖；
[0015]圖4為本實用新型所提供的光控的極化可重構(gòu)的GPS接收天線在四種工作模式下的回波損耗結(jié)果圖；
[0016]圖5為本實用新型所提供的光控的極化可重構(gòu)的GPS接收天線在模式I時XOZ平面圓極化方向圖；
[0017]圖6為本實用新型所提供的光控的極化可重構(gòu)的GPS接收天線在模式2時XOZ平面圓極化方向圖；
[0018]圖7為本實用新型所提供的光控的極化可重構(gòu)的GPS接收天線在模式3時XOZ平面圓極化方向圖；
[0019]圖8為本實用新型所提供的光控的極化可重構(gòu)的GPS接收天線在模式4時XOZ平面圓極化方向圖；[0020]圖9為本實用新型所提供的光控的極化可重構(gòu)的GPS接收天線在模式2時XOZ平面軸比的仿真值與測試值的對比圖。
[0021]圖中:1為第一激勵光源，2為第二激勵光源，3為第三勵光源，4為第四激勵光源，5為第一光波束,6為第二光波束,7為第三光波束3,8為第四光波束,9為第一光控開關(guān),10為第二光控開關(guān)，11為第三光控開關(guān)，12為第四光控開關(guān)，13為第一隔離槽，14為第二隔離槽，15為第三隔離槽，16為第四隔離槽，17為第一副輻射單元，18為第二副輻射單元，19為第三副輻射單元，20為第四副輻射單元，21為主輻射單元，22為介質(zhì)層，23為饋電點，24為底板金屬，25為SMA接插件，26為內(nèi)饋電金屬。
【具體實施方式】
[0022]下面結(jié)合附圖和實施例對本實用新型作進一步詳細說明。
[0023]如圖1、圖2所示，本實用新型所提供的一種光控的極化可重構(gòu)的GPS接收天線為微帶結(jié)構(gòu)。介質(zhì)層22選用FR4材料，其介電常數(shù)為4.3，厚度為1.6mm。底板金屬24、主輻射單元21以及第一副輻射單元17、第二副輻射單元18、第三副輻射單元19和第四副輻射單元20均為正方形，主輻射單元21和四個副輻射單元17、18、19、20焊接在介質(zhì)層22的一側(cè)，底板金屬24焊接在介質(zhì)層22的另一側(cè)。主輻射單元21的邊長為天線諧振頻率處波長的四分之一。底板金屬24與介質(zhì)層22同等大小，兩者的邊長均略大于主輻射單元21的邊長。該GPS接收天線采用探針饋電方式的內(nèi)饋電金屬26和SMA接插件25，SMA接插件25頂部的內(nèi)饋電金屬26由底板金屬24處饋到主輻射單元21，饋電位置為天線輸入阻抗為50 Ω處。
[0024]為實現(xiàn)天線的極化可重構(gòu)功能，該GPS接收天線在主輻射單元21的四個邊外側(cè)分別布置了一個副輻射單元，即四個副輻射單元17、18、19、20。每個副輻射單元與主輻射單元21的四個邊之間均各自形成一個隔離槽，即第一隔離槽13、第二隔離槽14、第三隔離槽15和第四隔離槽16。第一副輻射單元17與主輻射單元21之間設(shè)有第一隔離槽13，第二副輻射單元18與主輻射單元21之間設(shè)有第二隔離槽14，第三副輻射單元19與主輻射單元21之間設(shè)有三隔離槽15，第四副輻射單元20與主輻射單元21之間設(shè)有第四隔離槽16。隔離槽用以隔離主輻射單元與對應(yīng)的副輻射單元。
[0025]每個副輻射單元與主輻射單元21介質(zhì)層22之間均嵌有一個光導(dǎo)開關(guān)，即第一光控開關(guān)9、第二光控開關(guān)10、第三光控開關(guān)11、第四光控開關(guān)12，第一光控開關(guān)9嵌在第一隔離槽13內(nèi)，第二光控開關(guān)10嵌在第二隔離槽14內(nèi)，第三光控開關(guān)11嵌在第三隔離槽15內(nèi)，第四光控開關(guān)12嵌在第四隔離槽16內(nèi)。
[0026]四個激勵光源分別位于四副輻射單元的一側(cè)，每個激勵光源分別發(fā)出光波束照射在相應(yīng)的四個光控開關(guān)上。第一激勵光源I發(fā)射出的第一光波束5照射在第一光控開關(guān)9上，第二激勵光源2發(fā)射出的第一光波束6照射在第二光控開關(guān)10上,第三激勵光源3發(fā)射出的第一光波束7照射在第三光控開關(guān)11上，第四激勵光源4發(fā)射出的第一光波束8照射在第一光控開關(guān)12上。
[0027]本實用新型所提供的一種光控的極化可重構(gòu)的GPS接收天線采用光源控制光控開關(guān)9、10、11、12的導(dǎo)通與阻斷，從而控制主輻射單元21與副輻射單元17、18、19、20之間的導(dǎo)通與隔離，進而改變天線的極化方式。各光控開關(guān)的工作模式與天線極化方式的對應(yīng)關(guān)系如表1所示。下面結(jié)合圖1、圖2和表1說明改變天線的極化方式的具體方法如下:
[0028](1)工作模式1:當(dāng)?shù)谝还饪亻_關(guān)9和第三光控開關(guān)11處于即導(dǎo)通狀態(tài)，且第二光控開關(guān)10和第四光控開關(guān)12處于阻斷狀態(tài)時，第一副輻射單元17和第三副輻射單元19與主輻射單元21相連通，第二副輻射單元18和第四副輻射單元20將與主輻射單元21相隔離，此時天線工作于右手圓極化模式。
[0029](2)工作模式2:當(dāng)?shù)诙饪亻_關(guān)10和第四光控開關(guān)12處于即導(dǎo)通狀態(tài)，且第一光控開關(guān)9和第三光控開關(guān)11處于阻斷狀態(tài)時，第二副輻射單元18和第四副輻射單元20將和主輻射單元21相連通，第一副輻射單元17和第三副輻射單元19與主輻射單元21相隔離，此時天線工作于左手圓極化模式。
[0030](3)工作模式3:當(dāng)?shù)谝还饪亻_關(guān)9、第二光控開關(guān)10、第三光控開關(guān)11、第四光控開關(guān)12都處于阻斷狀態(tài)時，第一副輻射單元17、第二副輻射單元18、第三副輻射單元19和第四副輻射單元20都與主輻射單元21相隔離，此時天線工作于線極化模式。
[0031](4)工作模式4:當(dāng)?shù)谝还饪亻_關(guān)9、第二光控開關(guān)10、第三光控開關(guān)11、第四光控開關(guān)12都處于導(dǎo)通狀態(tài)時，第一副輻射單元17、第二副輻射單元18、第三副輻射單元19和第四副輻射單元20都與主輻射單元21相連接，此時天線工作于線極化模式。
[0032]表1
【權(quán)利要求】
1.一種光控的極化可重構(gòu)的GPS接收天線，其特征在于:該天線包括介質(zhì)層(22)、位于介質(zhì)層(22)—側(cè)的主輻射單元(21)、位于一側(cè)的副輻射單元和位于介質(zhì)層(22)另一側(cè)的底板金屬(24)、位于主輻射單元(21)與副輻射單元之間的光導(dǎo)開關(guān)、以及用于向光導(dǎo)開關(guān)發(fā)射出光波束的激勵光源。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種光控的極化可重構(gòu)的GPS接收天線，其特征在于:所述的主輻射單元(21)的四個邊外側(cè)分別布置了一個副輻射單元。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種光控的極化可重構(gòu)的GPS接收天線，其特征在于:所述的主輻射單元(21)的四個邊與四個副輻射單元之間均各形成一個隔離槽，位于每個隔離槽均各設(shè)有一個光導(dǎo)開關(guān)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種光控的極化可重構(gòu)的GPS接收天線，其特征在于:所述的每個光導(dǎo)開關(guān)均各自對應(yīng)一個向其發(fā)射出光波束的激勵光源。
【文檔編號】H01Q15/24GK203574102SQ201320677822
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2013年10月30日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月30日
【發(fā)明者】蘇漢生, 劉秀祥, 秦永強, 趙良 申請人:北京臨近空間飛行器系統(tǒng)工程研究所, 中國運載火箭技術(shù)研究院