[发明专利]一种双频圆极化层叠微带天线的设计方法

说明书

技术领域

本发明涉及一款双频圆极化层叠微带天线的设计方法。该天线可应用于车载高性能卫星导航系统接收机。

背景技术

圆极化微带天线广泛应用于卫星导航系统接收机。随着卫星导航技术在社会各个领域的广泛应用，人们对GPS天线的性能提出了更高的要求：

1、宽波束，及良好的低仰角性能。GPS接收机要实现高精度定位，就需要同时接收多颗卫星的导航信号，这就要求天线具备宽波束的特点。具体说来，就是在仰角大于5度的空间内都能很好地接收卫星信号。

2、高增益。采用高增益天线接收卫星信号是提高GPS接收机定位精度的有效途径。

3、圆极化。考虑到GPS卫星发射的是圆极化电磁波，因此天线应该工作在圆极化状态以达到良好的极化匹配。

4、多频点工作。为了使接收机兼容不同导航系统发出的导航信号，经常要求天线能够同时接收两个或者多个频点的电磁波。

5、小型化，轻型化，结构紧凑。由于GPS接收机具有不同的应用场合，如手持设备或者车载设备，因此对天线有着严格的体积，重量限制，同时要求天线具备紧凑的空间结构。

本发明在层叠微带天线上实现了每一层的双探针馈电，仿真和实测结果表明，该天线在要求的工作频点上具备良好的阻抗带宽和轴比带宽，可用于车载高性能卫星导航系统接收机。

发明内容：

本发明所涉及的方案均针对双频圆极化辐射以及高性能卫星导航系统接收机对天线的阻抗带宽，轴比带宽和低仰角增益的要求。为了实现以上目标，本发明采用以下技术方案：

通过把分别工作在两个波段的微带天线层叠放置来实现双频辐射。下层天线工作在低频段，采用低介电常数的介质板，上层天线工作在高频段，采用高介电常数的介质板。各层辐射体上均设置两个馈电点，通过双探针馈电。在下层天线上的四个对称位置布设过孔，其中两个为上层天线的馈电探针提供通道，另外两个过孔为“冗余”过孔，起到平衡下层天线的贴片上电流分布的作用，改善下层天线的轴比。馈电板位置于下层天线的下方，一侧为分别工作在两个频段的3dB分支线电桥，另外一侧为馈电网络的地板，直接接触下层天线的地。

附图说明

图1为本发明的三维立体视图

图2为下层天线俯视图

图3为馈电网络示意图

图中：1、上层天线辐射体，2、上层天线介质基板，3、下层天线辐射体，4、下层天线介质基板，5、金属地板，6、馈电电路介质板，7、上层天线馈电点，8、下层天线馈电点，9、上层天线馈电探针，10、上层天线馈电过孔，11、冗余过孔，12、3dB分支线电桥(上层天线)，13、3dB分支线电桥(下层天线)14、上层天线馈电点，15、下层天线馈电点

图4、测量得到的下层天线在Ф＝0°方向上的轴比。可见天线在-70°＜θ＜70°的范围内满足AR＜6dB。

图5、测量得到的下层天线在Ф＝0°方向上的主极化和交叉极化辐射方向图。

设计步骤

参阅图1、2、3所示，本双频圆极化天线将上层天线、下层天线和馈电网络层叠构成。馈电网络为两个3dB分支线电桥，输出端通过探针连接天线的馈电点。其中上层天线的馈电探针经过下层天线的位置处开两个过孔，为馈电探针提供通道，并在图中11所示位置处开两个冗余过孔，以平衡下层贴片上的电流分布，达到改善轴比的效果。对上面所描述的模型进行统一建模仿真，设置工作频点及介质板的电参数，优化辐射体的尺寸和馈电点的位置，使之工作在所需要的频点。微调馈电网络中3dB功分器的四个臂的尺寸，可以获得理想的轴比和低仰角增益。