[发明专利]一种双模宽带圆极化宽槽天线

说明书

技术领域

本发明涉及圆极化天线的技术领域，尤其是指一种双模宽带圆极化宽槽天线。

背景技术

全球定位导航系统(GNSS)是近几十年兴起研究的一项工程，主要用于为用户提供定位、导航和精确授时服务。相对于传统无线电定位，其定位精度高，并具有响应速度快、覆盖范围广和全天候全天时等优点，因此无论在民用或者军用领域，其应用价值都非常大，目前已被广泛应用于远洋航行、森林防火和减灾救灾等方面。目前全球有四大定位导航系统，即美国的全球定位系统(GPS)、欧盟的伽利略(Galileo)、俄罗斯的格洛纳斯(GLONASS)以及中国的北斗卫星导航系统(BeiDou Navigation Satellite System，BDS)，已被联合国认定为全球卫星导航系统的四大核心供应商，目前中国的北斗二代正处于快速组网阶段，据报道预计在2020年将完全实现全球覆盖。

圆极化天线是北斗系统广泛采用的天线，其性能严重影响着系统的工作质量。北斗二代系统频段为B1：1561.098±2.046MHz、B2：1207.14±10.23MHz和B3：1268.52±10.23MHz，均为右旋圆极化，而不同导航系统的工作频段也有所不同，比如GPS的三个系统频段分别为L1：1575.42MHz±2.046MHz、L2：1227.60±2.046MHz和L5：1176.45±12MHz。对于一个高质量的系统终端来说，必须能同时兼容不同定位导航系统，这样能取各个系统之所长而进行优势互补，尽量地利用可用的信号来提高定位导航的质量，因此要求天线具有宽带圆极化性能。目前宽带圆极化天线已成为研究的热门方向。实现宽带圆极化天线的难点在于既要保证在宽带内天线阻抗匹配性能良好、方向图稳定，还要保证工作频段内轴比满足圆极化的要求。目前实现宽带圆极化的方法主要可以分为三种：采用螺旋行波天线、宽槽天线等天线结构，增加寄生单元引入多个圆极化模式，改善天线的馈电网络。第一和第三种方法比较难实现圆极化宽带和带内轴比性能的可控，且第三种方法需要设计宽带馈电网络，增加了复杂性又引入了损耗。第二种方法可以实现圆极化带宽和带内轴比性能的可控性，但是目前带宽能够兼容北斗二代所有频段的宽带天线较少。

传统的微带天线具有低剖面的优势，但是其工作带宽非常窄，一般只有3％左右。多馈结构的四臂螺旋天线具有良好的宽带圆极化性能，但是必须设计馈电网络，而且天线的剖面相对较高。宽槽天线可以较容易地实现宽带阻抗匹配，因此常被用于设计宽带天线。而共面波导的馈电结构使天线的金属层都在一个平面上，方便加工和集成。目前大部分的共面波导馈电宽槽天线均采用引入相互垂直的两个金属带或者引入微扰来产生圆极化辐射，可以使天线具有较宽的轴比带宽，但是目前大部分都是单模工作，轴比带宽有限。

2006年Y.B.Chen等人在Electronics Letters上发表了题为“CPW-fed broadband circularly polarised square slot antenna”的文章，提出另一种利用共面波导馈电的方形槽圆极化天线。沿着方形槽的对角线方向从馈线引入L形枝节，利用枝节的水平和垂直部分分别产生圆极化波所需的两个电流分量，可以获得17％的轴比带宽，无法覆盖北斗二代的所有频段。

2008年Jia-Yi Sze等人在IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters上发表了题为“Circularly polarized square slot antenna with a pair of inverted-L grounded strips”的文章，在方形槽的两个对角位置加入两个L形的接地金属带，使槽中的磁场产生扰动从而形成圆极化波。该结构为单模圆极化，文献中数据显示轴比带宽25％。

2008年Jeen-Sheen Row等人在IEEE Transactions on Antennas and Propagation上发表了题为“Circularly-polarized wide slot antenna loaded with a parasitic patch”的文章，主辐射天线为一个微带馈电的圆形槽天线，在其正上方加载一个圆形寄生贴片。通过主辐射天线和寄生天线的共同作用使天线的带宽展宽，并且随着主辐射天线与寄生贴片之间的高度距离增加，两者之间的耦合作用会发生变化，带宽会逐渐增加。该结构得到了21％的轴比带宽。寄生单元结构增加了天线的剖面高度。

发明内容