[发明专利]二功分汽车导航天线装置

说明书

技术领域

    本发明涉及汽车天线技术，具体是二功分汽车导航天线装置。

背景技术

二功分汽车导航天线装置置在全球定位系统GPS是不可或缺的组件，它广泛应用于导航、授时、通信等多种领域。而在GPS系统的研究开发过程中，天线成为必须解决的关键问题之一。要求天线既不影响其空气动力性能，又不破坏其机械结构和强度。所以，具有低剖面、易集成等突出性能优点的天线阵在汽车上得到广泛应用。二功分汽车导航天线装置置，工作频率较高，尺寸上基本不受限制，相邻单元的弧面间距大于或者接近天线工作频率的半波长。但是在天线尺寸受限的情况下，相邻单元的弧面间距如果小于半波长，单元间的耦合加剧，天线阵的电压驻波比就会急剧恶化，辐射特性也会有剧烈的起伏，极不稳定。所以在GPS频段，天线尺寸受到共形体锥面表面积的限制，天线的小型化成为设计中的核心问题。众所周之，GPS天线是右旋圆极化天线，但是考虑到小型化的要求，为了满足辐射特性，采用线极化天线可以减小3dB的损耗。

发明内容

本发明的目的在于提供一种二功分汽车导航天线装置，设计出了一种采用线极化方式的小型化GPS锥面共形天线阵，在减小天线尺寸的同时提高了天线的性能。

本发明的目的主要通过以下技术方案实现：二功分汽车导航天线装置，包括介质基板，介质基板在展平后呈扇形形状，介质基板在工作时呈圆台形状，介质基板在呈圆台形状的时，其圆台形状的介质基板的圆台小端面的周长为0.26λ，其圆台形状的介质基板的圆台大端面的周长为0.67λ₀，λ为天线中心频率的波长，介质基板在呈扇形形状时，介质基板的上表面设置有左辐射体和右辐射体，左辐射体和右辐射体均通过微带导线连接到馈入极。

介质基板在呈圆台形状的时，其圆台形状的介质基板的母线长为0.24λ。

介质基板采用er=10.2的高介电常数柔性介质基片。

介质基板的厚度为h=0.6mm。

左辐射体和右辐射体都开有槽宽度为Ws、槽深为Ls 的凹槽，所述微带导线包括插入左辐射体凹槽内的左馈入枝节和插入左辐射体凹槽内的右馈入枝节，还包括微带分配线，微带分配线的两端分别与左辐射体和右馈入枝节连接，馈入极与微带分配线的中点连接。微带分配线、左馈入枝节、右馈入枝节、馈入极组成功分网络。

所述左馈入枝节和右馈入枝节的宽度均小于Ws。

由于天线安装面面积极小，天线阵只能采用2单元微带共形结构，阵元弧面间距仅为0.25λ₀，远小于天线工作频率的半波长，阵元间耦合强烈，并且天线要求水平全向辐射，这使得天线设计实现小型化，保证中心频率并稳定天线辐射性能成为首要设计要求。

考虑到天线需要共形在锥面上，馈线如果太细，那么在实际加工及调试过程中就会比较容易被折断，所以考虑到这些问题，根据微带线特性阻抗设计公式计算，在er=10.2，介质基片厚度为0.6mm的情况下，输入阻抗为50Ω的微带分配线（馈线）宽度为0.6mm；输入阻抗为20Ω的微带分配线（馈线）宽度为2.5mm。显然在20Ω时的馈线就比较不容易被折断，所以本文设计单元的输入阻抗为20Ω。

通过在左辐射体和右辐射体（天线单元）边缘凹槽使微带馈线深入单元内部的方法，能够很好的调节单元的阻抗特性，实现天线单元的匹配，并能有效降低单元的尺寸。

微带天线阵的馈电方式主要包括串馈、并馈、反射阵面馈电等，并联馈电方式中的T型结功分器具有结构简单、占据空间小、容易实现宽频带等突出优点，因此，设计中采用由T型结功分器构成的并联馈电网络，由微带分配线和馈入极构成。使用等幅同相馈电方式。天线单元的输入阻抗为20Ω，阵列总端口的输入阻抗为50Ω，所以首先要利用λ/4阻抗变换线，使20Ω与100Ω阻抗相匹配，通过计算得出λ/4阻抗变换传输线的特性阻抗约等于45Ω，宽度为0.7mm。

通过馈电网络的有效弯折和总体合理布局可大大减小天线阵的大小。对天线进行驻波系数(VSWR)测量。可以得出天线阵的驻波系数小于2的带宽为9MHz，在工作频率f0=1.575GHz时，天线阵驻波系数为1.1。

本发明的优点在于：通过调整单元的输入阻抗解决了天线馈线由于过细易折断的问题，并进一步缩小了单元尺寸且在阵元耦合强烈的情况下保证了中心频率，而且稳定了天线的辐射性能，实现了水平全向辐射的工程要求。我们研制出了共形在圆台体上的小型化GPS共形天线阵实验样机，并进行了实测，其测量结果研究成果可应用于工程实际，且具有很高的实用价值和推广价值。

附图说明