[发明专利]耳状调谐环叠层耦合北斗双频微带天线

说明书

技术领域

本发明涉及一种微带天线，尤其是涉及一种用于北斗卫星系统的小型耳状调谐环叠层耦合北斗双频微带天线。

背景技术

北斗卫星导航定位系统（BeiDou）是中国自主研制开发的区域性有源三维卫星定位与通信系统（CNSS）。目前，该导航系统具备在中国及其周边地区范围内的定位、授时和报文功能，并已在测绘、电信、水利、交通运输、渔业、勘探、森林防火和国家安全等诸多领域逐步发挥重要作用。

天线是卫星的核心关键技术之一，它决定着卫星通信系统的性能。随着卫星技术的飞速发展，人们对其天线在宽带化、小型化和多频化等方面提出了更高的要求。由于北斗导航系统是主动式双向测距二维导航，用户设备必须包含发射机，这就对北斗终端天线提出来较高的要求，因此对北斗天线的多频化和圆极化的研究具有重要的参考价值和实用意义。

微带贴片天线是一种使用微带贴片作为辐射源的天线，它具有剖面低、体积小、重量轻、可共形、易集成、馈电方式灵活、便于获得线极化和圆极化等优点。目前已在移动通信、卫星通讯、导弹遥测、多普勒雷达等许多领域获得了广泛的应用，其中贴片的形状是影响天线性能的重要因素之一，它直接影响着天线的带宽，频率，增益和极化等指标。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于北斗卫星系统的小型耳状调谐环叠层耦合北斗双频微带天线。

本发明设有上层介质基板和下层介质基板，上层介质基板和下层介质基板叠加，上层介质基板上表面和下层介质基板上下表面均敷有良导体；在上层介质基板上表面雕刻有一组对角内切圆弧的上正方形贴片，在下层介质基板上表面雕刻有小孔和开槽的下正方形贴片，所述下正方形贴片上设有耳状调谐环，所述耳状调谐环由两个分别位于一组对角的圆环组成，圆环的中心与下正方形贴片的顶点重合，在下正方形贴片上设有圆孔；在下正方形贴片的一组对边上设有矩形凹陷；所述下层介质基板背面涂敷雕刻有采用光子带隙结构的良导体并作为接地板，其中采用光子带隙结构设有9个矩形小孔。

所述上层介质基板和下层介质基板的介电常数可为9～15，优选为10；上层介质基板和下层介质基板可采用正方形结构，所述上层介质基板的边长可为20～25mm，典型值可为22mm，厚度可为2～4mm，典型值可为3mm；所述下层介质基板的边长可为30～40mm，典型值可为34mm，厚度可为2～4mm，典型值可为3mm。

所述良导体可采用铜或银材质。

所述内切圆弧可以实现圆极化，所述上正方形贴片的边长可为15～20mm，典型值为19mm，圆弧的半径可为2.5～3mm，典型值为2.8mm；

所述圆环的外圆直径可为4～6mm，典型值为5.2mm，圆环的内圆直径可为2.5～3.5mm，典型值为3.0mm。所述矩形凹陷的矩形长边可为12～16mm，典型值为15mm，矩形短边可为0.4～0.6mm，典型值为0.5mm；在下正方形贴片距离中心2～3mm（典型值为2mm）处设有直径为1.5～2.5mm（典型值为2mm）的圆孔。

所述矩形小孔的边长可为1～1.5mm，典型值为1mm。

本发明采用耳状调谐环技术实现微带天线的小型化和圆极化。

本发明的设计频率为双频，其频段分别为1.610～1.622G与2.450～2.562G，可覆盖北斗卫星及卫星定位系统的工作频段。

本发明由于采用双层贴片结构，同时通过改变贴片的形状来实现圆极化特性，其对应的可调频率比的变化范围大，因此可以完全满足北斗卫星通信系统的要求。

本发明由于引入耳状调谐环，因此实现了天线频点的可调性，拓宽了固有频带，覆盖了北斗卫星定位系统的工作范围。此外，采用耳状调谐环技术可以减小天线尺寸，结合介电性能好的陶瓷或改性环氧复合陶瓷板基底，有助于实现天线的小型化。由于采用叠层耦合双馈电结构，因此实现了较高的双频隔离度，可满足北斗天线尺寸小、带宽较大、回波损耗较低、增益高、接收与发射信号频道干扰小的要求。

本发明与常规微带天线相比具有以下优点：

采用叠层耦合双馈电结构，实现了具有较高隔离度的双频特性。本发明具有双频工作频带，如：L频段与S频段，L频段为1.610～1.622GHz，绝对带宽为0.012GHz，相对带宽为0.75%；S频段为2.450～2.562GHz，绝对带宽为0.112GHz，相对带宽为4.47%。

由于采用了高介电常数基板和耳状调谐环技术，使得天线的尺寸得到了进一步的缩小。