一種具有寬頻帶寬波束的零相位中心衛星導航天線制造技術

本實用新型專利技術公開了一種具有寬頻帶寬波束的零相位中心衛星導航天線，包括第一板狀電介質基板、刻蝕在第一板狀電介質基板上的第一圓環形金屬貼片、第二板狀電介質基板、刻蝕在第二板狀電介質基板上的第二圓環形金屬貼片、輻射基板、刻蝕在輻射基板上的圓形金屬貼片、第一饋電基板、第二饋電基板以及階梯型金屬桶壁，本實用新型專利技術核心內容在于采用外加饋電網絡的多點中心對稱饋電方式，使得天線具有較寬的阻抗帶寬和軸比帶寬，并通過保證天線整體結構關于中心對稱，從而實現較小的相位中心偏差，同時通過調整第一、二圓環形金屬貼片的半徑和它們到圓形金屬貼片的距離以及外圍階梯金屬桶壁的半徑可以使天線具有比較大的?5dB波束寬度和3dB軸比波束寬度。

【技術實現步驟摘要】
一種具有寬頻帶寬波束的零相位中心衛星導航天線
本技術涉及圓極化天線的
，尤其是指一種具有寬頻帶寬波束的零相位中心衛星導航天線。
技術介紹
近幾十年來，全球衛星導航定位系統獲得了飛速的發展，由于其具有精度高、覆蓋范圍廣、全天候、響應速度快等優點，現已被廣泛應用在自動駕駛、地理測繪、精準農業、石油和天然氣安全監測、無人飛行器和橋梁位移監測等諸多領域中，創造了巨大的經濟價值和社會效益。天線位于無線通信系統的最前端，起到將電路中的電信號和自由空間中電磁波相互轉換的作用，是整個系統中至關重要的一環，天線性能的好壞將直接影響到系統的通信質量。圓極化天線由于能夠克服電磁波穿透大氣電離層時發生的法拉第旋轉效應，且能夠接收任意極化方向的來波，因此被廣泛應用在衛星通信系統中。現如今對于衛星導航系統的定位精度要求越來越高，這就要求天線具有穩定的相位中心。又由于這四大衛星導航系統在衛星定位服務的精確度、安全性、可靠性和可用性方面各有優缺點，如果能夠在用戶端實現全球兼容，那么就可以充分發揮各大衛星導航系統的技術優勢，最終實現優勢互補，因而急需研究能夠融合四大衛星導航系統頻段的寬頻帶圓極化天線。又由于衛星導航天線工作時至少要同時接收4顆衛星的信號，又根據衛星定位原理，低仰角方向的信號對定位精度的影響最大，這就要求天線必須能在低仰角時正常工作。即要求天線在theta＝85°時增益需大于-5dB。在GPS和北斗衛星導航系統中，圓極化天線通常需要它的3dB軸比波束寬度大于120°，在某些特殊場合可能需要更大的波束寬度，這樣才能保證能夠在地球上的任何位置都能接收到無線信號。2010年，ChenLin等人在IEEEAntennasWirelessPropagationLetters上發表題為“Athree-fedmicrostripantennaforwidebandcircularpolarization”的文章，該天線通過一個一分三的寬帶功率分配網絡進行饋電，保證三個輸出端口的相位依次相差120°，從而實現寬帶圓極化輻射，同時采用在主輻射貼片上方加載寄生貼片的方式來進一步增大天線的阻抗帶寬。Ze-KunPan等人于2014年在IEEETransactionsonAntennasandPropagation上發表題為“Compactwide-beamcircularlypolarizedpatchantennawithaparasiticringforCNSSapplication”的文章，該天線為雙層結構，下層為圓形輻射貼片，上層為寄生金屬環。通過在圓形貼片上加載兩個矩形枝節來產生圓極化輻射，采用在輻射貼片正上面加載一個金屬圓環方式來提高天線的波束寬度。但是該天線只能工作在點頻，帶寬較窄，無法提高寬頻帶范圍內的波束寬度。2013年，SonXuatTa等人在IEEETransactionsonAntennasandPropagation上發表題為“Multi-band,wide-beam,circularlypolarized,crossed,asymmetricallybarbeddipoleantennasforGPSapplications”的文章，該天線主要輻射體部分是兩對交叉的印刷偶極子，相鄰偶極子臂通過相位滯后微帶線來提供90°的相位差，從而產生圓極化。每個偶極子臂又被分成了四個長度不同的倒鉤型分枝來實現多頻工作。同時通過在輻射體下方加載了一個倒錐形背腔式反射器，使得天線具有較寬的3dB軸比波束寬度。
技術實現思路
本技術的目的在于克服現有圓極化天線難以同時具備穩定的相位中心及在寬頻帶范圍內具有低仰角高增益和寬角度低軸比特性的缺陷，提供一種高性能的具有寬頻帶寬波束的零相位中心衛星導航天線，該天線具有寬頻帶、低仰角高增益、寬軸比波束、零相位中心等優點。為實現上述目的，本技術所提供的技術方案為：一種具有寬頻帶寬波束的零相位中心衛星導航天線，包括第一板狀電介質基板、刻蝕在該第一板狀電介質基板上的第一圓環形金屬貼片、第二板狀電介質基板、刻蝕在該第二板狀電介質基板上的第二圓環形金屬貼片、輻射基板、刻蝕在該輻射基板上的圓形金屬貼片、第一饋電基板、第二饋電基板以及階梯型金屬桶壁；所述第一板狀電介質基板和第二板狀電介質基板設在輻射基板的上方，且該第一板狀電介質基板位于第二板狀電介質基板的上方，所述第一饋電基板和第二饋電基板設在輻射基板的下方，且該第一饋電基板疊置于第二饋電基板的上面；所述輻射基板的下表面及第一饋電基板與第二饋電基板的接觸面為金屬箔形成的地；所述第一饋電基板、第二饋電基板與圓形金屬貼片之間由多根饋電探針以過孔的形式進行連接，且該多根探針關于圓形金屬貼片的圓心呈中心對稱方式設置；所述第一饋電基板的上表面和第二饋電基板的下表面分別刻蝕有寬帶饋電網絡，以此來為圓形金屬貼片進行饋電，從而實現寬帶圓極化特性；所述第一饋電基板和第二饋電基板通過同軸線進行饋電，并在同軸線旁邊添加有一個金屬巴倫；所述第一板狀電介質基板和第二板狀電介質基板通過四角設置的固定絕緣塑料螺釘與輻射基板進行固定連接；所述階梯型金屬桶壁放置在第一饋電基板的上面，把第一板狀電介質基板、第二板狀電介質基板、輻射基板圍住；通過在圓形金屬貼片的上方加載第一圓環形金屬貼片、第二圓環形金屬貼片及階梯型金屬桶壁，能夠提高天線寬頻帶范圍內的-5dB波束寬帶和3dB軸比波束。所述金屬巴倫長約四分之一波長。本技術與現有技術相比，具有如下優點與有益效果：1、本技術天線采用多點對稱饋電方式，整體結構關于中心對稱，具有較小的相位中心偏差。2、本技術天線具有較寬的阻抗帶寬和軸比帶寬，能夠覆蓋現如今四大衛星導航系統的頻段。3、本技術天線能在比較寬的頻帶范圍內具有比較大的-5dB波束寬帶和3dB軸比波束。附圖說明圖1為本技術天線的豎截面剖視圖。圖2為第一圓環形金屬貼片、第二圓環形金屬貼片及所在基板的結構示意圖。圖3為圓形金屬貼片及所在基板和第一、二饋電基板的結構示意圖圖4為本技術天線的|S11|和軸比仿真結果。圖5為本技術天線的-5-dB波束寬度隨頻率變化的仿真結果。圖6為本技術天線的3-dB軸比波束寬度隨頻率變化的仿真結果。具體實施方式下面結合具體實施例對本技術作進一步說明。如圖1至圖3所示，本實施例所述的零相位中心衛星導航天線，包括第一板狀電介質基板100、刻蝕在該第一板狀電介質基板100上的第一圓環形金屬貼片101、第二板狀電介質基板200、刻蝕在該第二板狀電介質基板200上的第二圓環形金屬貼片201、輻射基板300、刻蝕在該輻射基板300上的圓形金屬貼片301、第一饋電基板400、第二饋電基板500以及階梯型金屬桶壁14(優選材質為銅)；所述第一板狀電介質基板100和第二板狀電介質基板200設在輻射基板300的上方，且該第一板狀電介質基板100位于第二板狀電介質基板200的上方，所述第一饋電基板400和第二饋電基板500設在輻射基板300的下方，且該第一饋電基板400疊置于第二饋電基板500的上面；所述輻射基板300的下表面及第一饋電基板400與第二饋電基板500的接觸面為金屬箔形成的地11；所述第一饋電基板400、第二饋電基板5本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種具有寬頻帶寬波束的零相位中心衛星導航天線，其特征在于：包括第一板狀電介質基板、刻蝕在該第一板狀電介質基板上的第一圓環形金屬貼片、第二板狀電介質基板、刻蝕在該第二板狀電介質基板上的第二圓環形金屬貼片、輻射基板、刻蝕在該輻射基板上的圓形金屬貼片、第一饋電基板、第二饋電基板以及階梯型金屬桶壁；所述第一板狀電介質基板和第二板狀電介質基板設在輻射基板的上方，且該第一板狀電介質基板位于第二板狀電介質基板的上方，所述第一饋電基板和第二饋電基板設在輻射基板的下方，且該第一饋電基板疊置于第二饋電基板的上面；所述輻射基板的下表面及第一饋電基板與第二饋電基板的接觸面為金屬箔形成的地；所述第一饋電基板、第二饋電基板與圓形金屬貼片之間由多根饋電探針以過孔的形式進行連接，且該多根探針關于圓形金屬貼片的圓心呈中心對稱方式設置；所述第一饋電基板的上表面和第二饋電基板的下表面分別刻蝕有寬帶饋電網絡，以此來為圓形金屬貼片進行饋電，從而實現寬帶圓極化特性；所述第一饋電基板和第二饋電基板通過同軸線進行饋電，并在同軸線旁邊添加有一個金屬巴倫；所述第一板狀電介質基板和第二板狀電介質基板通過四角設置的固定絕緣塑料螺釘與輻射基板進行固定連接；所述階梯型金屬桶壁放置在第一饋電基板的上面，把第一板狀電介質基板、第二板狀電介質基板、輻射基板圍住；通過在圓形金屬貼片的上方加載第一圓環形金屬貼片、第二圓環形金屬貼片及階梯型金屬桶壁，能夠提高天線寬頻帶范圍內的?5dB波束寬帶和3dB軸比波束。...

【技術特征摘要】
1.一種具有寬頻帶寬波束的零相位中心衛星導航天線，其特征在于：包括第一板狀電介質基板、刻蝕在該第一板狀電介質基板上的第一圓環形金屬貼片、第二板狀電介質基板、刻蝕在該第二板狀電介質基板上的第二圓環形金屬貼片、輻射基板、刻蝕在該輻射基板上的圓形金屬貼片、第一饋電基板、第二饋電基板以及階梯型金屬桶壁；所述第一板狀電介質基板和第二板狀電介質基板設在輻射基板的上方，且該第一板狀電介質基板位于第二板狀電介質基板的上方，所述第一饋電基板和第二饋電基板設在輻射基板的下方，且該第一饋電基板疊置于第二饋電基板的上面；所述輻射基板的下表面及第一饋電基板與第二饋電基板的接觸面為金屬箔形成的地；所述第一饋電基板、第二饋電基板與圓形金屬貼片之間由多根饋電探針以過孔的形式進行連接，且該多根探針關于圓形金屬貼...

【專利技術屬性】
技術研發人員：褚慶昕，鄭珂珂，
申請(專利權)人：華南理工大學，
類型：新型
國別省市：廣東,44