互補(bǔ)開口環(huán)與環(huán)型縫隙立體腔陣列調(diào)控北斗雙頻微帶天線的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種微帶天線，尤其是設(shè)及用于北斗衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)的互補(bǔ)開口環(huán) 與環(huán)型縫隙立體腔陣列調(diào)控北斗雙頻微帶天線。
【背景技術(shù)】
[0002] 北斗衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)炬eiDou)是中國(guó)自主研制開發(fā)的區(qū)域性有源S維衛(wèi)星定 位與通信系統(tǒng)（CNSS)。目前該導(dǎo)航系統(tǒng)具備在中國(guó)及其周邊地區(qū)范圍內(nèi)的高精度、高可靠 定位、導(dǎo)航、授時(shí)和報(bào)文功能，并已在測(cè)繪、電信、水利、電力、交通運(yùn)輸、漁業(yè)、勘探、森林防 火和國(guó)家安全等諸多領(lǐng)域逐步發(fā)揮重要作用W。
[0003] 天線是衛(wèi)星的核屯、關(guān)鍵技術(shù)之一，它決定著衛(wèi)星通信系統(tǒng)的性能。隨著衛(wèi)星技術(shù) 的飛速發(fā)展，人們對(duì)其天線在寬帶化、小型化和多頻化等方面提出了更高的要求。而且北斗 導(dǎo)航系統(tǒng)是主動(dòng)式雙向測(cè)距二維導(dǎo)航，用戶設(shè)備必須包含發(fā)射機(jī)，該就對(duì)北斗終端天線提 出來較高的要求。北斗衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)工作于上行L頻段（1616 + 5MHZ，左旋圓極化）， 下行S頻段（2492 +5MHz，右旋圓極化）。
[0004] 因此，對(duì)北斗天線的多頻化和圓極化的研究具有重要的參考價(jià)值和實(shí)用意義。
[0005] 微帶貼片天線是一種使用微帶貼片作為福射源的天線，它具有剖面低、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)目前已在移 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。其中貼片的形狀 是影響天線性能的重要因素之一，它直接影響著天線的帶寬，頻率，增益和極化等指標(biāo)。
[0006] 文獻(xiàn)W中首先提出在接地板上加載互補(bǔ)開口諧振環(huán)結(jié)構(gòu)，該種結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出負(fù)介電 常數(shù)特性，有良好的阻帶特性，并且實(shí)現(xiàn)了器件的小型化。隨后互補(bǔ)開口諧振環(huán)結(jié)構(gòu)被廣泛 應(yīng)用于各種微波設(shè)備和微帶天線的小型化設(shè)計(jì)本發(fā)明采用疊層技術(shù)在福射 貼片上加載互補(bǔ)開口諧振環(huán)結(jié)構(gòu)與環(huán)形縫隙結(jié)構(gòu)，有效的改變貼片表面電流分布，實(shí)現(xiàn)了 天線的小型化設(shè)計(jì)。并且互補(bǔ)開口諧振環(huán)與環(huán)形縫隙形成的新型柱狀立體電磁調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)加 大了天線頻點(diǎn)的可調(diào)控性，擴(kuò)展了固有頻率的覆蓋范圍。
[0007] 參考文獻(xiàn)：
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【發(fā)明內(nèi)容】

[0019] 本發(fā)明的目的在于提供福射特性可控、高集成化、帶寬大，且易于實(shí)現(xiàn)的多頻覆蓋 應(yīng)用于北斗衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)雙頻的互補(bǔ)開口環(huán)與環(huán)型縫隙立體腔陣列調(diào)控北斗雙頻微 帶天線。
[0020] 本發(fā)明設(shè)有上介質(zhì)基板和下介質(zhì)基板，上介質(zhì)基板上表面和下介質(zhì)基板上表面均 敷有良導(dǎo)體層，下介質(zhì)基板下表面疊放有一層良導(dǎo)體接地層；上介質(zhì)基板上表面設(shè)有開槽 和切角的正方形貼片，所述開槽采用互補(bǔ)開口諧振環(huán)陣列，所述互補(bǔ)開口諧振環(huán)陣列由4 個(gè)分別關(guān)于正方形貼片中屯、軸對(duì)稱，開口方向依次旋轉(zhuǎn)90度的互補(bǔ)開口諧振環(huán)單元組成； 所述互補(bǔ)開口諧振環(huán)由一對(duì)開口方向相反中屯、位置重合的正方形環(huán)嵌套組成平面互補(bǔ)開 口諧振環(huán)陣列，且距離上正方形貼片的兩邊距離相等；所述正方形環(huán)的開口在一邊的中點(diǎn) 處呈矩形C字框，互補(bǔ)開口諧振環(huán)可W改變上介質(zhì)基板上表面正方形貼片電流分布，用于 實(shí)現(xiàn)小型化和頻點(diǎn)調(diào)諧；上層正方形貼片一組對(duì)角采用邊緣場(chǎng)緩變的圓弧切角結(jié)構(gòu)，可W 實(shí)現(xiàn)圓極化W及頻點(diǎn)調(diào)諧擴(kuò)展帶寬；下介質(zhì)基板上表面設(shè)有開槽、切角和過孔的正方形貼 片，所述開槽均采用環(huán)形縫隙，且環(huán)形縫隙槽結(jié)構(gòu)的中屯、與上介質(zhì)基板的對(duì)應(yīng)位置的互補(bǔ) 開口諧振環(huán)結(jié)構(gòu)中屯、重合，構(gòu)成四個(gè)新型的帶雙福射的立體柱狀電磁調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)，可W調(diào)節(jié) 天線的工作頻點(diǎn)、工作帶寬、方向增益、極化特性等；所述切角是在相對(duì)于上層正方形貼片 切角的另外一組對(duì)角，且采用內(nèi)切=角形控頻結(jié)構(gòu)，W實(shí)現(xiàn)圓極化，調(diào)諧工作頻點(diǎn)；過孔在 正方形貼片的中間；下介質(zhì)基板下表面疊加有一層正方形良導(dǎo)體層作為接地板，且采用兩 個(gè)同軸結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)高隔離度的雙頻饋電。
[0021] 所述良導(dǎo)體層可采用銅層或銀層；所述上介質(zhì)基板和下介質(zhì)基板均可采用低耗高 性能的復(fù)合陶瓷介質(zhì)基板，相對(duì)介電常數(shù)可為6~15,最好為10. 0 + 5% ;上介質(zhì)基板和下 介質(zhì)基板均可采用正方形結(jié)構(gòu)，所述上介質(zhì)基板長(zhǎng)度可為20~28mm，下介質(zhì)基板長(zhǎng)度可為 30~42mm，介質(zhì)基板厚度均可為1. 5~3. 0mm。
[0022] 所述上介質(zhì)基板上表面設(shè)有開槽和切角的正方形貼片，正方形貼片的邊長(zhǎng)為 15~25mm。所述開槽采用互補(bǔ)開口諧振環(huán)陣列，所述互補(bǔ)開口諧振環(huán)陣列由4個(gè)分別關(guān) 于正方形貼片中屯、軸對(duì)稱，開口方向依次旋轉(zhuǎn)90度的互補(bǔ)開口諧振環(huán)單元組成，其中每個(gè) 單元距離為2~3mm;所述互補(bǔ)開口諧振環(huán)由一對(duì)開口方向相反中屯、位置重合的正方形環(huán) 嵌套組成平面互補(bǔ)開口諧振環(huán)，且距離上層正方形貼片的兩邊距離相等，距離上層正方形 貼片的兩邊距離可為2~3mm，其中外環(huán)邊長(zhǎng)4~6mm，內(nèi)環(huán)邊長(zhǎng)2~3mm，環(huán)寬均為0. 2~ 0. 6mm;所述正方形環(huán)的開口在一邊的中點(diǎn)處，均是邊長(zhǎng)為0. 2~0. 6mm的正方形，開口環(huán)呈 矩形C字框；上層正方形貼片一組對(duì)角采用邊緣場(chǎng)緩變的圓弧切角結(jié)構(gòu)，圓弧半徑可調(diào)，典 型值為1. 6 + 0. 1mm，通過調(diào)節(jié)圓弧大小可W調(diào)控天線的特性。
[0023] 所述下介質(zhì)基板上表面設(shè)有開槽、切角和過孔的正方形貼片，邊長(zhǎng)為20~30mm， 所述下介質(zhì)基板上表面的正方形貼片上有環(huán)形縫隙開槽，每個(gè)環(huán)形縫隙槽的結(jié)構(gòu)中屯、與上 介質(zhì)基板的對(duì)應(yīng)位置的互補(bǔ)開口諧振環(huán)結(jié)構(gòu)中屯、重合，其中環(huán)縫寬0. 1~0. 5mm，外圓半徑 為2~3mm，內(nèi)圓半徑為1. 5~2. 5mm，環(huán)形縫隙槽之間間距2~4mm，互補(bǔ)開口諧振環(huán)和正 下方的環(huán)形縫隙槽構(gòu)成了四個(gè)新型的帶雙福射的立體柱狀電磁調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)，可W調(diào)節(jié)其尺寸 實(shí)現(xiàn)天線的工作頻點(diǎn)、方向增益、極化特性等。
[0024] 所述下介質(zhì)基板上表面的切角是在相對(duì)于上層正方形貼片切角的另外一組對(duì)角， 且采用內(nèi)切=角形控頻結(jié)構(gòu)，其中=角形為關(guān)于正方形貼片對(duì)角線對(duì)稱的等腰=角形，所 述S角形底邊為1~2mm，高為3~6mm，且在正方形貼片對(duì)角線上的頂點(diǎn)距離正方形貼片 兩邊距離為3~5mm，通過調(diào)節(jié)等腰=角形頂點(diǎn)的位置可W調(diào)節(jié)天線的性能；在所述正方形 貼片上距離幾何中屯、1~5mm處開一個(gè)圓形過孔，小圓孔直徑為1~2mm。
[0025] 所述下介質(zhì)基板下表面有邊長(zhǎng)為40~60mm的正方形良導(dǎo)體層作為接地板。
[0026]本發(fā)明與常規(guī)微帶天線相比具有W下優(yōu)點(diǎn)：
[0027] 采用了雙層貼片疊層結(jié)構(gòu)，同時(shí)通過改變邊緣場(chǎng)緩變的圓弧切角和內(nèi)切S角形控 頻結(jié)構(gòu)切角的尺寸大小來實(shí)現(xiàn)圓極化特性和頻點(diǎn)的可調(diào)性；互補(bǔ)開口諧振環(huán)陣與環(huán)形縫隙 立體單元相結(jié)合，構(gòu)成新型的帶雙福射的立體柱狀電磁調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)，可W調(diào)節(jié)天線的工作頻 點(diǎn)、工作帶寬、方向增益、極化特性等。拓寬了固有頻帶，覆蓋了北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng)的工作范 圍。本發(fā)明具有雙頻工作頻帶，如；北斗衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)的上行L頻段（1616 + 5MHZ，左 旋圓極化），下行S頻段（2492 + 5MHZ，右旋圓極化），增益較高，符合北斗衛(wèi)