本實(shí)用新型涉及天線領(lǐng)域，尤其是指一種小型抗多徑干擾的寬帶GNSS天線。

背景技術(shù)：

GNSS是指全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(Global Navigation Satellite System)，GNSS天線是接收衛(wèi)星信號(hào)的終端天線。一直以來(lái)，GNSS天線都是各國(guó)非常重視的一個(gè)重要研究領(lǐng)域，對(duì)于軍用方面的重要性不言而喻，同時(shí)因?yàn)槎ㄎ幌到y(tǒng)對(duì)民用生活越來(lái)越重要，而定位精度主要取決于天線的精度，因此GNSS天線的研究一直都是各國(guó)科學(xué)家研究的前沿陣地。同時(shí)，因?yàn)镚NSS天線工作頻帶比較寬，應(yīng)用的環(huán)境比較惡劣，設(shè)計(jì)寬帶高性能的GNSS天線并不容易，這也是GNSS天線設(shè)計(jì)的一個(gè)難點(diǎn)。

隨著中國(guó)北斗導(dǎo)航系統(tǒng)的加入，衛(wèi)星導(dǎo)航產(chǎn)業(yè)得到不斷發(fā)展。為了便于接收信號(hào)，GNSS天線采用圓極化方式。常用的衛(wèi)星通訊頻段有GPS：L1：1575MHz，L2：1227MHz，L5:1176MHz；北斗二代：B1:1561MHz；B2:1207MHz；B3:1268MHz；GLONASS：1612MHz。若設(shè)計(jì)一款天線能覆蓋當(dāng)前所有GNSS信號(hào)，則帶寬至少需要覆蓋1160MHz-1615MHz，尤其是在1.175GHz和1.575GHz這個(gè)頻點(diǎn)附近。GNSS天線主要采用右旋圓極化方式，由此帶來(lái)天線信號(hào)被反射變成左旋圓極化信號(hào)，導(dǎo)致接收天線容易受到多徑衰落和干擾的問(wèn)題，這是影響衛(wèi)星定位系統(tǒng)精度的極大問(wèn)題。此外，衛(wèi)星天線信號(hào)較弱，GNSS接收天線需要較高且較平穩(wěn)的增益；圓極化天線還面臨著較大頻率范圍內(nèi)相位不穩(wěn)定的問(wèn)題，另外天線需要在較低的仰角內(nèi)接收信號(hào)，這樣才能實(shí)現(xiàn)更精確定位。因此要設(shè)計(jì)一款抗多徑干擾、高回波損耗、增益高且平穩(wěn)的寬帶GNSS天線是一個(gè)難點(diǎn)。

GNSS天線近70年的研究成果對(duì)現(xiàn)階段學(xué)習(xí)研究提供了很多參考依據(jù)，抗多徑干擾的研究也已經(jīng)有不少成果，目前抗多徑干擾天線的主要方法有三個(gè)：(1)因?yàn)槿肷涞教炀€的直達(dá)信號(hào)是右旋圓極化波，而大多數(shù)多徑信號(hào)是一次反射引起的，其極化方式由右旋圓極化變?yōu)樽笮龍A極化，且天線低仰角的軸比性能一般較差，所以，對(duì)于從低仰角進(jìn)入天線的多徑信號(hào)而言，軸比性能的提高對(duì)多徑幅度的衰減很重要。(2)通過(guò)設(shè)計(jì)天線的方向圖，可以使接收天線在多徑信號(hào)到達(dá)的方向增益較小，主要體現(xiàn)在降低天線低仰角和后向增益上。(3)采用扼流圈技術(shù)，削弱多徑信號(hào)，這也是目前不少業(yè)內(nèi)人士研究的方向。實(shí)現(xiàn)寬帶圓極化的方式多樣，結(jié)構(gòu)也有很大差異；實(shí)現(xiàn)低軸比、高增益的方法主要是結(jié)構(gòu)高度對(duì)稱(chēng)，有效輻射單元面積盡量大。多諧振是多個(gè)輻射單元產(chǎn)生的多個(gè)諧振點(diǎn)組合，或者引入寄生單元來(lái)產(chǎn)生寬帶。多模實(shí)現(xiàn)圓極化主要借助微帶天線多模特性，通過(guò)各種枝節(jié)加載來(lái)分解高次模，使主模和高次模在特定頻段上近似正交簡(jiǎn)并模，以此實(shí)現(xiàn)圓極化。

軸比是衡量天線圓極化特性的重要指標(biāo)，其定義為極化橢圓長(zhǎng)軸和短軸的比值，通常用取對(duì)數(shù)來(lái)表示，它代表圓極化的純度。軸比是影響天線接收信號(hào)的最主要因素，對(duì)天線的抗多徑干擾也起到重要影響，實(shí)現(xiàn)抗多徑干擾的其中一種方式就是降低天線的軸比，尤其是在theta＝90°或者更大時(shí)，如果天線的軸比較低，同時(shí)交叉極化比很大，那么天線的抗多徑干擾性能就比較好。

早在2001年，李克等人就提出一種抗多徑干擾的智能天線，該天線利用天線陣列，同時(shí)接受各路信號(hào)，對(duì)天線的信號(hào)強(qiáng)度進(jìn)行分析，然后比較接收的時(shí)間差，轉(zhuǎn)換為相位差，經(jīng)過(guò)信號(hào)處理，濾出干擾信號(hào)實(shí)現(xiàn)抗多徑干擾天線。

滿豐等人于2011年發(fā)表題為“多頻GNSS抗多徑天線的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)”的論文。文中提到一種引入立體扼流圈來(lái)實(shí)現(xiàn)抗多徑干擾的GNSS天線，該天線采用四臂螺旋輻射結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)天線主要輻射，同時(shí)在天線周?chē)B加四層具有厚度的扼流圈來(lái)達(dá)到抗多徑干擾的目的。該天線的扼流圈高度約為四分之一波長(zhǎng)，厚度約為十分之一波長(zhǎng)，階梯狀排布，從而抑制表面波，對(duì)反射的多徑信號(hào)進(jìn)行抑制。該天線的抗多徑干擾工作頻點(diǎn)主要在B1/B2/B3，具有較好特性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)與不足，提供一種小型抗多徑干擾的寬帶GNSS天線，該GNSS天線具有小型、抗多徑干擾、寬帶、低軸比、增益平穩(wěn)等特點(diǎn)，所述GNSS天線適合用于衛(wèi)星導(dǎo)航設(shè)備上。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型所提供的技術(shù)方案為：一種小型抗多徑干擾的寬帶GNSS天線，包括圓形輻射單元、微帶線功分移相網(wǎng)絡(luò)、三角形輻射單元、過(guò)孔、饋電過(guò)孔、圓形介質(zhì)基板、圓盤(pán)形地板、同軸導(dǎo)體、饋電同軸內(nèi)導(dǎo)體、金屬圓筒；所述圓形輻射單元設(shè)在圓形介質(zhì)基板的正面上方，并與該圓形介質(zhì)基板同圓心；所述微帶線功分移相網(wǎng)絡(luò)設(shè)置在圓形介質(zhì)基板的背面，由花朵型微帶線、直線型微帶線、威爾金森功分器、隔離電阻、阻抗變換微帶線、匹配網(wǎng)絡(luò)調(diào)節(jié)枝節(jié)構(gòu)成；所述圓形輻射單元高于三角形輻射單元，兩者之間產(chǎn)生耦合，所述圓形輻射單元與三角形輻射單元通過(guò)耦合產(chǎn)生圓極化輻射，其中所述三角形輻射單元垂直于圓形介質(zhì)基板，并以圓形介質(zhì)基板的圓心為中心，采用環(huán)形陣列分布于圓形介質(zhì)基板上，所述三角形輻射單元與微帶線功分移相網(wǎng)絡(luò)連接，主要實(shí)現(xiàn)微帶線功分移相網(wǎng)絡(luò)端口的阻抗過(guò)渡，所述圓形輻射單元和三角形輻射單元共同實(shí)現(xiàn)天線的輻射；所述圓盤(pán)形地板設(shè)置在圓形介質(zhì)基板的正面，起反射作用，用于隔離微帶線功分移相網(wǎng)絡(luò)與圓形輻射單元以提高天線增益；所述圓盤(pán)形地板的邊緣圍有金屬圓筒，所述金屬圓筒與圓盤(pán)形地板相連，并與圓形輻射單元等高，用于拓寬軸比波束寬度和降低軸比，并增強(qiáng)匹配和抗多徑干擾；所述過(guò)孔和饋電過(guò)孔貫穿圓盤(pán)形地板和圓形介質(zhì)基板；所述同軸導(dǎo)體穿過(guò)過(guò)孔將三角形輻射單元與微帶線功分移相網(wǎng)絡(luò)相連；所述饋電同軸內(nèi)導(dǎo)體穿過(guò)饋電過(guò)孔給天線饋電。

所述圓形輻射單元的外邊緣與金屬圓筒靠近，增大輻射面積的同時(shí)提高阻抗匹配，并且降低天線軸比，在theta＝90°時(shí)有較低的軸比，實(shí)現(xiàn)抗多徑干擾。

所述過(guò)孔與饋電過(guò)孔的半徑相同，且比同軸導(dǎo)體和饋電同軸內(nèi)導(dǎo)體的半徑大。

所述圓盤(pán)形地板的半徑與圓形介質(zhì)基板相同。

本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)與有益效果：

1、與已有的GNSS天線相比，本實(shí)用新型采用兩個(gè)輻射單元耦合，能夠?qū)崿F(xiàn)較好的圓極化，本實(shí)用新型的圓形輻射單元結(jié)構(gòu)輻射面積大、規(guī)則簡(jiǎn)單易于加工、中心對(duì)稱(chēng)分布；所述三角形輻射單元與微帶線功分移相網(wǎng)絡(luò)結(jié)合后，天線整體具有較低的軸比、較好的抗多徑干擾特性。

2、與已有的GNSS天線相比，本實(shí)用新型天線具有更小的尺寸、更新穎的結(jié)構(gòu)、更寬的軸比頻率帶寬、更低的軸比、較大的回波損耗、較高且平穩(wěn)的增益，相比于已有GNSS天線，具有更好的性能。

附圖說(shuō)明

圖1為本實(shí)用新型GNSS天線實(shí)例的俯視及截面示意圖。

圖2為本實(shí)用新型GNSS天線實(shí)例去掉圓形輻射單元的俯視及截面示意圖。

圖3為本實(shí)用新型GNSS天線實(shí)例的微帶線功分移相網(wǎng)絡(luò)示意圖。

圖4為本實(shí)用新型GNSS天線實(shí)例的立體圖。

圖5為本實(shí)用新型GNSS天線實(shí)例的S11仿真示意圖。

圖6為本實(shí)用新型GNSS天線實(shí)例的軸比仿真示意圖。

圖7為本實(shí)用新型GNSS天線實(shí)例的增益仿真示意圖。

圖8為本實(shí)用新型GNSS天線實(shí)例1.175GHz交叉極化比增益。

圖9為本實(shí)用新型GNSS天線實(shí)例1.175GHz軸比波束寬度示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說(shuō)明。

如圖1至圖4所示，本實(shí)施例所述的小型抗多徑干擾的寬帶GNSS天線，包括圓形輻射單元1、圓形介質(zhì)基板2、四個(gè)過(guò)孔3、饋電過(guò)孔4、四個(gè)同軸導(dǎo)體5、饋電同軸內(nèi)導(dǎo)體6、圓盤(pán)形地板7、微帶線功分移相網(wǎng)絡(luò)、四個(gè)三角形輻射單元14和金屬圓筒15。所述圓形輻射單元1設(shè)在圓形介質(zhì)基板2的正面上方，高度為25mm，并與該圓形介質(zhì)基板2同圓心，用于產(chǎn)生圓極化輻射，所述圓形介質(zhì)基板2的材料是FR_4、介電常數(shù)為4.4、厚度為1mm、半徑為54mm。所述微帶線功分移相網(wǎng)絡(luò)設(shè)置在圓形介質(zhì)基板2的背面，由花朵型微帶線8、直線型微帶線9、威爾金森功分器10、隔離電阻11、阻抗變換微帶線12、匹配網(wǎng)絡(luò)調(diào)節(jié)枝節(jié)13構(gòu)成，實(shí)現(xiàn)功率一分四、相位差分別為0°、90°、180°、270°。所述圓形輻射單元1高于三角形輻射單元14，兩者之間產(chǎn)生耦合，所述圓形輻射單元1與三角形輻射單元14通過(guò)耦合產(chǎn)生圓極化輻射；所述三角形輻射單元14與微帶線功分移相網(wǎng)絡(luò)連接，且垂直于圓形介質(zhì)基板2，并以圓形介質(zhì)基板2的圓心為中心，采用環(huán)形陣列分布于圓形介質(zhì)基板2上，主要實(shí)現(xiàn)微帶線功分移相網(wǎng)絡(luò)端口的阻抗過(guò)渡，所述圓形輻射單元1和三角形輻射單元14共同實(shí)現(xiàn)天線的輻射；所述圓盤(pán)形地板7設(shè)置在圓形介質(zhì)基板2的正面，其半徑與圓形介質(zhì)基板2相同，起反射作用，用于隔離微帶線功分移相網(wǎng)絡(luò)與圓形輻射單元1以提高天線增益。所述圓盤(pán)形地板7的邊緣圍有金屬圓筒15，所述金屬圓筒15與圓盤(pán)形地板7相連，并與圓形輻射單元1等高，用于拓寬軸比波束寬度、降低軸比。所述圓形輻射單元1的外邊緣與金屬圓筒15靠近，增大輻射面積的同時(shí)提高阻抗匹配，并且能降低天線軸比，在theta＝90°時(shí)有較低的軸比，實(shí)現(xiàn)抗多徑干擾。所述過(guò)孔3和饋電過(guò)孔4貫穿圓盤(pán)形地板7和圓形介質(zhì)基板2，所述同軸導(dǎo)體5穿過(guò)過(guò)孔3將三角形輻射單元14與微帶線功分移相網(wǎng)絡(luò)相連，所述饋電同軸內(nèi)導(dǎo)體6穿過(guò)饋電過(guò)孔4給天線饋電。過(guò)孔3與饋電過(guò)孔4的半徑相同，且比同軸導(dǎo)體5和饋電同軸內(nèi)導(dǎo)體6的半徑大。

本實(shí)施例中的連接圓形輻射單元1、三角形輻射單元14能產(chǎn)生圓極化輻射的電磁輻射場(chǎng)；所述圓盤(pán)形地板7能隔離圓形輻射單元1和微帶線功分移相網(wǎng)絡(luò)；所述金屬圓筒15能夠抑制表面波并抗多徑干擾，同時(shí)起到降低軸比、提高軸比波束寬度、穩(wěn)定增益、增強(qiáng)匹配、抑制反射信號(hào)的作用。

圖5是本實(shí)施例寬帶GNSS天線的S11仿真結(jié)果，從圖中可以看出，該實(shí)施例的-15dB帶寬覆蓋1.12GHz-1.62GHz，其-15dB相對(duì)阻抗帶寬為35.7％，完全覆蓋當(dāng)前GNSS通信頻段。

圖6是本實(shí)施例寬帶GNSS天線的軸比特性曲線，從圖中可以看出，在-15dB阻抗帶寬內(nèi)實(shí)施例的軸比不超過(guò)0.8dB，具有高度圓極化特性，尤其是在1.175GHz和1.575GHz兩個(gè)主要GNSS通信頻段更是不超過(guò)0.4dB，具有極低的軸比,擁有高度圓極化。

圖7是本實(shí)施例寬帶GNSS天線的左旋圓極化和右旋圓極化的增益仿真結(jié)果，從圖中可以看出，右旋圓極化在阻抗帶寬頻段內(nèi)的增益均高于5dB且保持穩(wěn)定，而左旋圓極化的在該阻抗帶寬內(nèi)的增益均小于-20dB，尤其是在1.175GHz和1.575GHz兩個(gè)主要GNSS通信頻段分別低于-27dB和-35dB，具有極好的右旋圓極化屬性，更容易接收GNSS的右旋圓極化信號(hào)，并抑制反射的多徑干擾信號(hào)。

圖8是本實(shí)施例寬帶GNSS天線1.175GHz的交叉極化比增益，從圖中可以看出此頻率下，phi＝0°和phi＝90°對(duì)應(yīng)的17.5dB波束寬度超過(guò)200°，具有超寬波束特性。

圖9是本實(shí)施例寬帶GNSS天線1.175GHz的軸比波束寬度，從圖中可以看出此頻率下的3-dB軸比波束寬度超過(guò)200°，意味著在theta＝±90°時(shí)其軸比低于3dB。

綜合圖8和圖9的結(jié)果來(lái)看，本實(shí)用新型GNSS天線在寬軸比波束寬度的同時(shí)，天線交叉極化比增益也很高，在theta＝±90°時(shí)其軸比低于3dB，同時(shí)交叉極化比增益也高于17.5dB，具有突出的抗多徑干擾性能，另外在GNSS通信頻段內(nèi)天線的回波損耗超15dB，對(duì)信號(hào)發(fā)射機(jī)的影響比較小，值得推廣。

以上所述實(shí)施例只為本實(shí)用新型之較佳實(shí)施例，并非以此限制本實(shí)用新型的實(shí)施范圍，故凡依本實(shí)用新型之形狀、原理所作的變化，均應(yīng)涵蓋在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍內(nèi)。