[发明专利]用于移动卫星应用的平面天线

说明书

技术领域

本发明主要涉及一种用于利用移动卫星系统的车辆移动应用的天线，更具体地，涉及具有锥形辐射图的微带馈电环形贴片天线(fed annularpatch antenna)，这种锥形辐射图在水平线以上的低仰角范围内具有很高的方向性。这种天线通常被设计为用于卫星通信的车顶(car-top)天线。本发明还涉及多系统天线(multi-system antenna)。

背景技术

近年来，许多用于交通工具(汽车、飞机等)的新的基于卫星的服务已经被投入使用。这些服务包括诸如卫星通信或全球定位系统等许多应用。需要通常被设置在车辆顶部的小型天线来接收这些类型的服务以及交通和紧急或安全信息数据。这些服务不仅可能在不同的频率上操作，并且天线的辐射图要求也不相同。例如，可以经由同步卫星系统提供电信，所述同步卫星系统要求天线束在欧洲纬度的仰角在20°到60°之间，而全球定位系统要求天线束在天顶仰角。

有效交通工具前端的发展要求天线在所期望的仰角角度具有很高的方向性、平坦曲线、轻重量、低成本，以及优选地适合于曲面。

不要设想利用全向天线所组成的方案，这是由于其低增益。也不要设想利用用于跟踪卫星的相控阵组成的另一种方案，因为对于标准消费者终端而言，其太昂贵了。对于用于交通工具移动应用的天线的这些前端电路开发而言，印刷天线毫无疑问是最适合的天线类型。

用户终端天线的需求密切依赖于相关的空间段。几种已有和可预见的服务将基于对地静止的空间段，这要求用户段天线具有中等增益(2-3到6-7分贝)。可以将用于这些应用的常用用户段天线划分为两个主要子集：低纬度和高纬度。低纬度应用要求天线具有指向竖直方向的宽束，并且其设计没有任何特别的困难。在高纬度，可以看到同步卫星的仰角在66°到22°之间。在这种情况下，用于移动应用的用户天线在约45°的仰角处必须具有最大的方向性，并且其在方位角必须是全向的。换言之，这些用户天线必须具有锥形辐射图。

对于用于移动卫星系统的平面用户终端天线的设计而言，产生锥形辐射图的印刷天线非常有意义。在较高模式中共振的圆形和环形贴片也是获取这样的辐射图的常用候选。

在美国专利申请2003/0210193中公开了一种现有技术方案。此文献涉及低姿态圆盘形的二天线组件100，如图11所示，其包括第一圆极化环形天线和共中心地位于所述环形天线中的第二直线式单极天线。所述天线组件100占据了具有中心轴的圆柱形体积。

环形天线包括被调谐为操作的二阶模式(TM₂₁)的金属共振环，其由金属馈电柱103和与其串联的电容器104进行馈电。通过将低介电常数塑料或介电环107放在共振环101之下，介质加载所述环形天线以减小其物理尺寸。所述单极天线包括位于中心轴相对侧的两个金属柱105，以及在该金属柱顶端支撑的金属盘106。由PCB 108提供对馈电柱103、金属单极柱105以及对金属接地面109的机械支撑。

所述环形天线和单极天线都以锥形辐射图进行辐射，所述圆锥图的轴通常垂直于天线组件100的平板顶面，其中所述天线组件包括金属共振环101和金属盘106。

然而，美国专利申请2003/0210193表现出一些缺陷。首先，如前面提到，对用于移动卫星通信的用户终端天线的最重要的要求之一是在所期望的区域中心，例如，约40-45°，具有在所期望的仰角，即，例如在20°到60°之间的锥形辐射图的天线。在美国专利申请2003/0210193所示的天线组件中，所述环形天线和单极天线均经由金属馈电柱103和105激励，其中，所述金属馈电柱103和105在接地面109和对应的辐射元件101和106之间延伸。

在本发明的范围内已经示出了，这样的金属馈电柱在所述锥形辐射图中引入了微扰。相比理论上所期望的，所得到的方向图较为不同质，并且，减小了辐射振幅。因此，所得到的天线效率更低。

进一步，出于在车顶应用中集成这样的天线组件的目的，取决于所述车顶材料是玻璃、金属或者塑料，以及取决于车顶设计是平板、曲线形还是具有任何异样形状，此天线组件的性态将受到显著影响。因为美国专利申请2003/0210193中公开的天线是依赖接地面的，需要利用金属基座来调整所述天线辐射图。

发明内容

本发明的主要目的在于通过提供一种具有低姿态的天线组件以克服上述缺点，其中，能够非常接近或者甚至接触任何类型的移动支架来设置所述天线组件，并且，其有具有令人满意的效率的同质的锥形辐射图。