[发明专利]一种宽带宽波束圆极化八木-微带天线

说明书

技术领域

本发明属于天线技术领域，尤其是涉及一种宽带宽波束圆极化八木-微带天线。

背景技术

随着卫星导航定位系统的发展，多模卫星导航系统在人类社会的工作生活中起着越来越重要的作用。目前全球已经发展成熟以及还正在发展的卫星导航定位系统包括北斗(COMPASS)、GPS、Galileo和GLONASS四大模式。因此，多模卫星导航系统的终端天线需要覆盖到四大导航的工作频段。而一般的微带天线带宽窄，这限制了其在多模导航天线中的应用。同时，由于圆极化波具有较弱的多径效应和较强的抗雨雪干扰的特性，在卫星导航定位系统中，常用的卫星导航信号一般为圆极化波。不仅如此，所需天线对方向图也有特定的要求。天线在地平面以上空间，需要提供均匀的幅度响应，形成宽波束天线。因此，这对终端天线提出了新的要求。

宽波束天线是通过改变天线方向图，从而实现对波束宽度的改变。现有技术中存在一种宽波束圆极化天线()，如图1所示，由一个圆形贴片和四个加载单极子组成。其中圆形贴片为激励单元，四个加载单极子为寄生单元，利用同轴对中间的圆形贴片进行馈电，通过在圆形贴片上开缝隙来实现圆极化辐射。由于加载单极子与圆形贴片之间的偶和作用，可以使天线的波束宽度得到展宽。但是，由于加入了加载单极子，该宽波束圆极化天线的剖面比较高，破坏了微带天线的低剖面特性。另外，寄生的加载单极子使得该天线在实际的生产加工时比较困难。

现有技术中存在另一种宽波束圆极化天线(S.X.Ta,J.J.Han,I.Park.Compact Circularly Polarized Composite Cavity-Backed Crossed Dipole for GPS Applications[J].Journal of Electromagnetic Engineering and Science,2013,13(1):44-49)，如图2所示，由两个印刷交叉偶极子和一个反射腔组成。通过对两个交叉偶极子进行90°相位差馈电，可以形成圆极化辐射。通过将偶极子弯折和两段箭头形分布，利用曲流技术来使其尺寸减小。但是，反射腔的尺寸太大，限制了该天线的应用。

现有技术的第三种宽波束圆极化天线(Z.K.Pan,W.X.Lin,Q.X.Chu.Compact Wide-Beam Circularly-Polarized Microstrip Antenna with a Parasitic Ring for CNSS Application[J].IEEE Transactions on Antennas and Propagation,2014,62(5):2847-2850)，如图3所示。该天线利用寄生环来形成双层天线来使其波束宽度得到展宽。天线由上下两层介质板组成，上层介质板上的寄生环直径为λ/4。下层介质板上的辐射贴片的最大辐射方向为θ＝0°方向，即Z轴。上层介质板上的寄生环的最大辐射方向为θ＝90°方向。因此，将辐射贴片与寄生环结合起来，天线的波束宽度将会在一定程度上展宽。该天线的谐振频率与圆极化性能分别由下层介质板上的圆形贴片大小和矩形枝节所决定。但是，该天线的圆极化波束宽度并不太理想。

发明内容

为克服上述缺陷，本发明提供了一种新型的宽波束圆极化天线，即八木-微带天线，该新型天线设计的创新点就是天线在宽带工作的前提下，将八木天线的引向器与微带贴片相结合，从而使天线的波束宽度得到展宽。

本发明具体采用如下技术方案：

一种宽带宽波束圆极化八木-微带天线，其结构如图4所示，包括介质基板、方形辐射贴片、四组结构相同的微带振子组及接地金属板，所述方形辐射贴片与四组微带振子组均位于所述介质基板上表面，所述接地金属板位于所述介质基板下表面；所述天线采用双端口同轴正交馈电，所述两个同轴馈电端口在馈电时幅度相等、相位差为90°，从而实现圆极化辐射；所述四组微带振子组以方形贴片为中心，分别位于所述方形辐射贴片的四条侧边外侧，每个微带振子组由两条以上由内至外长度逐渐减小的微带振子平行排布而成。

所述微带振子相当于八木天线中的引向器，其作用就是可以将中间方形的辐射贴片所激励起的电磁波，向四周水平方形所展宽。

进一步的，为了使正方形贴片小型化，在其中心进行了十字形开槽处理，所述十字形槽的两边分别与方形辐射贴片的两条对角线重合。