[发明专利]北斗系统带卍字臂闭环耦合调控的矩形开槽双频微带天线

说明书

技术领域

本发明涉及一种双频微带天线，尤其是涉及一种应用于北斗卫星导航定位系统的小型化收发一体的北斗系统带“卍”字臂闭环耦合调控的矩形开槽双频微带天线。

背景技术

卫星导航系统是重要的空间基础设施，随着导航技术的不断创新，卫星导航系统广泛应用于测绘、电信、水利、渔业、交通运输、森林防火、减灾救灾和公共安全等诸多关乎民生民计的领域，同时具有重大的政治和军事意义。我国作为世界上最大的发展中国家，已经开发出继美国GPS、俄罗斯格洛纳斯和欧洲伽利略之后的第四大全球卫星导航系统——北斗卫星导航定位系统。

北斗卫星导航定位系统（BeiDou）是中国自主研发的区域性有源三维卫星定位与通信系统。到目前为止，中国已成功发射了4颗北斗一号导航定位卫星和16颗北斗二号导航定位卫星，已建成北斗一号导航试验系统,并正在建设覆盖全球的北斗二号卫星定位系统。该导航系统已具备在中国及周边区域的定位、导航、授时服务和短报文通信服务。

天线是卫星导航系统的关键部件，天线的优劣直接影响卫星导航系统性能的好坏。随着卫星技术的不断进步，人们对天线的需求向着小型化、宽带化和多频化等方面发展。对于北斗卫星导航定位系统是主动式双向测距二维导航，用户终端必须包含发射机，这就对北斗终端天线提出较高要求。北斗卫星导航定位系统工作于上行L频段（左圆极化）和下行S频段（右圆极化），因此北斗天线的多频化和圆极化就成了研究的重点。

随着卫星导航定位系统的广泛应用，对卫星导航定位系统接收天线的研究层出不穷，目前常用的卫星终端天线有单极子天线、双极子天线、四臂螺旋天线、螺旋天线和微带天线。微带天线因具有剖面低、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，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（J.R.James and P.S.Hall.Handbook of Microstrip Antennas[M].Peter Peregrinus Ltd.(IEE),London,1989:71-81；I.J.BAHL,P.BHARTIA.Microstrip Antennas[M].Artech House(Dedham,Mass.),1980:60-71）。微带天线辐射贴片的形状是影响天线性能的重要因素之一，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结构新颖、调控灵活、回波损耗低、增益高、满足圆极化、接收与发射信号频道干扰小，可用于北斗系统收发频段的北斗系统带“卍”字臂闭环耦合调控的矩形开槽双频微带天线。

本发明设有介质基板，在介质基板的上表面设有矩形贴片，在矩形贴片四边中点对称开有矩形槽，每槽宽边中心处垂直连接耦合臂，延伸到矩形外边缘后逆时针弯折，形成“卍”字臂加载，加载末端与矩形天线外缘形成容性耦合闭环；“卍”字臂由两个尺寸接近的矩形直臂组成，夹角为90°；上下矩形槽的长度及连接的折臂的每个矩形直臂长度比左右矩形槽长度及折臂的每个矩形直臂长度长0.1mm；在介质基板的下表面设有接地板。

所述矩形贴片的边长可为10～30mm，矩形贴片的各边矩形开槽的长度可为4～16mm，宽度可为2～6mm；矩形直臂的长度可为6.5～12mm，宽度可为0.5～3mm。

所述介质基板的介电常数可为6～20，优选10，所述介质基板可采用矩形基板，矩形基板的边长可为40～60mm，厚度可为2～4mm，优选边长为50mm，厚度为3mm。

本发明利用加载开槽技术，加入微扰，改变辐射贴片表面电流分布，改变贴片不同的自然模的场分布，干扰其谐振频率，再通过调整馈点位置，激发分离出两个幅度相同正交极化的简并模，从而实现双频圆极化。通过开槽和加载结构的尺寸可以保证天线的工作频点满足北斗卫星导航定位系统的上下行频段要求和圆极化要求。

通过本发明的加载技术，可以增加远场区产生的电场对应的等效磁流大小，从而提高天线在天顶处的增益。并且通过改变开槽和加载臂的对称性，增大上下直臂和开槽的边长，对贴片造成微扰，从而实现双频圆极化特性。

本发明与常规微带天线相比具有如下优点：

1.易于实现圆极化。由于采用了加载开槽技术，通过加载四个“卍”字臂结构和开槽的对称性，形成了4个互成90°的电流，设置馈电位置产生相位相差90°的正交极化简并模，从而实现天线的圆极化。