一种单馈宽轴比波束的圆极化微带天线

1.本实用新型属于圆极化天线技术领域，更具体地，本实用新型涉及一种单馈宽轴比波束的圆极化微带天线。


背景技术：

2.随着卫星导航的快速发展，卫星导航定位系统由于其具有覆盖范围广且定位及精度高等特点，圆极化天线因具有抗多径干扰效应和抑制雨雾干扰的特性而被广泛的应用于卫星导航中。在全球定位系统(gps)和北斗卫星导航系统中，圆极化天线通常需要3db轴比波束宽度大于120
°
，3db轴比波束宽度对于圆极化天线来说是一项非常重要的指标参数，为了使天线需要在比较宽的角度范围内接收信号，需要具有较宽的轴比波束宽度。对于全球导航以及区域导航，提高圆极化天线的宽轴比波束特性是当下圆极化天线研究的一个重要方向之一。一般将轴比小于3db的极化波定义为圆极化波，现有的单馈天线轴比波束宽度并不理想，故还有一定的优化空间，且现有的多馈天线由于采用了额外的馈电网络和双层介质来实现圆极化以及扩展阻抗带宽，在一定程度上增加了天线的剖面高度和整体结构的复杂程度，不利于集成。


技术实现要素：

3.本实用新型的目的在于克服现有技术的缺点和不足，提供一种单馈宽轴比波束的圆极化微带天线，该微带贴片天线具有宽轴比波束宽度、低轴比、较低剖面、较宽的阻抗带宽、结构简单等特点，该天线适用于船舶定位以及需要精确导航的终端设备上。
4.为了实现上述目的，本实用新型采用了如下技术方案：
5.一种单馈宽轴比波束的圆极化微带天线，其特征在于，包括介质基板，所述介质基板的上表面和下表面分别敷有辐射贴片和金属接地板，所述介质基板为圆形，所述辐射贴片的圆周上刻蚀有4个半圆形豁口a，所述辐射贴片中心处刻蚀有两个带通道的正方形缝隙，所述两个带通道的正方形缝隙的重心相同且相互套接。
6.进一步地，两条所述通道均与相互套接的正方形缝隙的中线重合，所述通道未经刻蚀。
7.进一步地，所述通道与竖直方向呈45
°
夹角。
8.进一步地，所述两个带通道的正方形缝隙的对角线与半圆形豁口a的圆心位于同一条直线上。
9.进一步地，所述辐射贴片的面积小于介质基板的面积，所述辐射贴片与介质基板的圆心重合，所述辐射贴片的圆周上刻蚀的4个分布均匀且两两对称的半圆形豁口a。
10.进一步地，所述金属接地板与介质基板重合，所述金属接地板的圆周上刻蚀有4个呈均匀分布的半圆形豁口b。
11.进一步地，所述半圆形豁口b与半圆形豁口a的开口方向相同。
12.进一步地，所述金属接地板和介质基板上设置有用于馈电探针穿过的圆孔，所述
馈电探针用于给辐射贴片馈电，所述馈电探针由特征阻抗为50ω的同轴线构成。
13.进一步地，所述半圆形豁口a的半径为2.5mm，所述半圆形豁口b的半径为6.5mm。
14.进一步地，所述两个带通道的正方形缝隙的缝隙宽度均为1mm。
15.与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：
16.1.与现有的宽轴比波束天线相比，本实用新型天线采用了单点同轴馈电的方法来实现圆极化，避免采用了结构复杂的馈电网络。
17.2.与现有的宽轴比波束天线相比，本实用新型通过在金属贴片上刻蚀留有通道的正方形缝隙和四个半圆形豁口，提供了一种新型天线结构，实现了微带贴片天线的圆极化，使天线能辐射右旋圆极化波，且单层介质天线具有低剖面特性，相比于已有的卫星导航天线，具有更好的性能，在中心频率为1.575ghz时，该微带天线在xoz平面的3db轴比波束宽度为206
°
，在yoz平面的3db轴比波束宽度为205
°
，相对阻抗带宽为3.1％。
18.3.与现有的宽轴比波束天线相比，本实用新型天线的介质基板采用的是环氧玻璃树脂(fr4)介质板，其相对介电常数为4.4，损耗角正切值为0.002，使用该介质材料可以节省天线的制作成本。
19.本实用新型中，通过以下参照附图对本实用新型的示例性实施例的详细描述，本实用新型的其它特征及其优点将会变得清楚。
附图说明
20.此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，与说明书一起用于解释本实用新型的原理。
21.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
22.图1为本实用新型天线的侧视结构图；
23.图2为本实用新型天线的俯视结构图；
24.图3为本实用新型天线的仰视结构图；
25.图4为本实用新型天线的立体结构图；
26.图5为本实用新型天线的s11仿真示意图；
27.图6为本实用新型天线的轴比仿真示意图；
28.图7为本实用新型天线在1.575ghz时的e面辐射方向图；
29.图8为本实用新型天线在1.575ghz时的h面辐射方向图；
30.图9为本实用新型天线轴比波束宽度示意图；
31.其中：1、介质基板；2、辐射贴片；3、金属接地板；4、半圆形豁口a；5、半圆形豁口b；6、馈电探针。
具体实施方式
32.这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本实用新型相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与所
附权利要求书中所详述的、本实用新型的一些方面相一致的装置的例子。
33.为了使本领域的技术人员更好地理解本实用新型的技术方案，下面结合附图及实施例对本实用新型作进一步详细描述。
34.如图1-4所示，本实用新型实施例提供了一种单馈宽轴比波束的圆极化微带天线，包括介质基板1，介质基板1的上表面和下表面分别敷有辐射贴片2和金属接地板3，具体地，选用的介质基板1为圆形，辐射贴片2的圆周上刻蚀有4个半圆形豁口a4，辐射贴片2的中心处刻蚀有两个带通道的正方形缝隙，两个带通道的正方形缝隙的重心相同且相互套接。两条所述通道均与相互套接的正方形缝隙的中线重合，通道未经刻蚀，通道与竖直方向呈45
°
夹角。两个带通道的正方形缝隙的对角线与半圆形豁口a4的圆心位于同一条直线上，两个带通道的正方形缝隙的缝隙宽度均为1mm。
35.这样的天线结构的设置实现了天线的右旋圆极化辐射，同时可实现天线较宽的轴比波束宽度。介质基板1采用的是环氧玻璃树脂(fr4)介质材料，其相对介电常数为4.4，损耗角正切值为0.002。
36.具体地，辐射贴片2的面积小于介质基板1的面积，所述辐射贴片2与介质基板1的圆心重合，所述辐射贴片2的圆周上刻蚀的4个分布均匀且两两对称的半圆形豁口a4。
37.金属接地板3与介质基板1重合，所述金属接地板3的圆周上刻蚀有4个呈均匀分布的半圆形豁口b5，半圆形豁口b5与半圆形豁口a4的设置方向相同。半圆形豁口a4的半径为2.5mm，所述半圆形豁口b5的半径为6.5mm。介质基板1为圆形介质基板，其半径为45mm,高度为3.3mm。
38.金属接地板3和介质基板1上设置有用于馈电探针5穿过的圆孔，所述馈电探针5用于给辐射贴片2馈电，馈电探针5由特征阻抗为50ω的同轴线组成。
39.图5是本实施例宽轴比波束天线的s11仿真结果，从图中可以看出，该实施例的-10db带宽覆盖了1.56ghz～1.61ghz，其阻抗带宽达到了50mhz,相对阻抗带宽为3.1％，完全覆盖了当前gps l1通信频段，常见的微带贴片天线相对带宽只有1％～2％，使天线拥有较宽的阻抗带宽，且在1.575ghz处有超过-15db的回波损耗,匹配良好。
40.图6为本实施例宽轴比波束天线的轴比特性曲线图，从图中可以看出，该实施例的单馈宽轴比波束的圆极化微带天线主向轴比小于3db的频带范围为1.57ghz～1.58ghz，相对轴比带宽为0.63％。
41.图7和图8分别为本实施例宽轴比波束天线在1.575ghz时的e面辐射方向图和h面辐射方向图，天线在1.575ghz处主极化(rhcp)最大增益方向的增益为6.00dbic，该天线主极化为右旋圆极化，天线在1.575ghz处交叉极化(lhcp)最大增益方向的增益为-21.1dbic,可以看出该天线对交叉极化有着一定的抑制能力，该天线交叉极化为左旋圆极化。右旋圆极化增益比左旋圆极化增益大25dbi左右，表明天线具有良好的右旋圆极化特性。
42.图9为本实施例gps l1频段宽轴比波束微带天线在xoz平面和yoz平面轴比波束宽度示意图，在xoz平面上，轴比小于3db的宽角范围为-92.9
°
～112.6
°
，3db轴比波束宽度为206
°
。在yoz平面上，轴比小于3db的宽角范围为-106.3
°
～98.9
°
，3db轴比波束宽度为205
°
，该微带天线最低主向轴比为0.07db。综合图9的结果来看，本实用新型天线在gps l1频段实现了宽轴比波束宽度，而且有低轴比及结构简单等特性，值得推广，信号的发射和接收轴比需要满足较大的宽角范围，该天线有着较宽的轴比波束宽度，很好的满足了此要求。
43.本实用新型天线采用了单点同轴馈电的方法来实现圆极化，避免采用了结构复杂的馈电网络。与现有的宽轴比波束天线相比，本实用新型通过在金属贴片上刻蚀留有通道的正方形缝隙和四个半圆形豁口，提供了一种新型天线结构，实现了微带贴片天线的圆极化，使天线能辐射右旋圆极化波，可激发出两个幅度相同、相位相差90
°
的正交模式，实现天线的右旋圆极化辐射，并有效的扩展天线的3db轴比波束宽度(arbw)和阻抗带宽，采用较低成本的介质基板可节约天线的制造成本，且单层介质天线具有低剖面特性，相比于已有的卫星导航天线，具有更好的性能，在中心频率为1.575ghz时，该微带天线在xoz平面的3db轴比波束宽度为206
°
，在yoz平面的3db轴比波束宽度为205
°
，相对阻抗带宽为3.1％。该圆极化微带天线具有宽轴比波束宽度、低轴比、较低剖面、较宽的阻抗带宽、结构简单等特点，该天线适用于船舶定位以及需要精确导航的终端设备上。
44.以上所述仅是本实用新型的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。
45.应当理解的是，本实用新型并不局限于上述已经描述的内容，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本实用新型的范围仅由所附的权利要求来限制。