[实用新型]一种宽轴比波束宽度的宽带GNSS天线

说明书

技术领域

本实用新型涉及天线领域，尤其是指一种宽轴比波束宽度的宽带GNSS天线。

背景技术

GNSS是指全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System)，GNSS天线是接收卫星信号的终端天线。鉴于卫星导航系统对国计民生的重要影响，GNSS作为高科技竞争的高地，各国都非常重视其研究。由于GNSS信号是圆极化信号，因此GNSS天线需要特殊设计，并且由于其各种复杂的应用环境，受周围环境干扰较大，各项性能以及指标要求比终端设备的要求更为苛刻。

随着中国北斗导航系统的加入，卫星导航产业得到不断发展。各大国先后投入巨资研发导航系统，这更加促进了卫星导航产业的发展。为能够发射和接收任意极化方向的电磁波，GNSS天线采用圆极化方式。常用的卫星通讯频段有GPS：L1：1575MHz，L2：1227MHz，L5:1176MHz；北斗二代：B1:1561MHz；B2:1207MHz；B3:1268MHz；GLONASS：1612MHz。综合常用卫星通信频段，若设计一款天线能覆盖当前所有GNSS信号，则带宽至少需要覆盖1160MHz-1615MHz。GNSS天线主要采用右旋圆极化方式，由此带来微弱卫星天线信号容易受到多径衰落和干扰的问题。此外，卫星天线信号较弱，GNSS接收天线需要较高且较平稳的增益；圆极化天线还面临着较大频率范围内相位不稳定的问题，另外天线需要在比较宽的角度内接收信号，这样才能实现更精确定位。因此要设计一款宽频带、宽轴比波束、高增益且平稳的GNSS天线是一个难点。

关于GNSS天线的理论和产业研究已经比较深入。实现宽带圆极化的方式多样，结构也有很大差异；实现低轴比、高增益的方法主要是结构高度对称，有效辐射单元面积尽量大。多谐振是多个辐射单元产生的多个谐振点组合，或者引入寄生单元来产生宽带特性。多模实现主要借助微带天线多模特性，通过各种枝节加载来分解高次模，使主模和高次模在特定频段上近似正交简并模，以此实现圆极化。

轴比是衡量天线圆极化特性的重要指标，其定义为极化椭圆的长轴和短轴的比值，它代表圆极化的纯度。对于线极化波，轴比等于无穷大；对于圆极化波，轴比等于1。当收发天线为同旋向的圆极化天线时，来波功率均被接收，无极化损失；当收发天线为反旋向圆极化天线时，天线接收不到来波功率，极化损失最大；当收发双方发射为圆极化，接收为线极化时，天线只接收到来波功率的一半。常见的圆极化天线有圆极化微带天线、轴向模螺旋天线以及平面对数螺旋天线等。

2012年Chuan Wu等人发表题为Broad beamwidth circular polarisation antenna:Microstrip-monopole antenna的论文。文中提到一种引入单极子的微带天线，四个单极子垂直放置在微带天线贴片四周，贴片辐射出电磁场的同时耦合到单极子上，引起单极子的辐射，二者辐射相互叠加，波束展宽。

C.Sun在2014年发表了题为"A Compact Frequency-Reconfigurable Patch Antenna for Beidou(COMPASS)Navigation System的论文，文中天线的辐射体是一个切槽的圆，槽缝用接地短路线连接，旋转圆盘能够改变接地短路线的长度，从而调整匹配电路，调节谐振点，实现圆极化天线的可调。两个馈电输出端口分别连接互相垂直的贴片并通过耦合作用激励上层的切槽圆盘，实现圆极化天线的辐射。该天线的尺寸是30mm*30mm*12mm,能够覆盖的频段是：BDNS的E5b(1192–1215MHz)、E6(1260–1279MHz)以及E2(1559–1591MHz)。

发明内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种宽轴比波束宽度的宽带GNSS天线，该GNSS天线具有宽轴比波束宽度、宽带、低轴比、增益平稳等特点，该GNSS天线适合用于精确导航的终端设备上。