[发明专利]一种采用电磁带隙结构及其新型安装方法的宽波束导航天线

说明书

技术领域

本发明涉及一种低仰角性能优良的导航天线，特别涉及一种采用电磁带隙结构及其新型 安装方法的低仰角增益高的导航天线。

技术背景

宽波束导航天线是一种主要用于接收卫星导航信号的天线，这种天线的波束覆盖范 围宽(方位角0°～360°、仰角5°～90°)，即宽波束导航天线要求在方位角0°～ 360°、仰角5°～90°范围内保持很好的覆盖，但在仰角5°～90°整个范围内都获得 较高的功率增益和圆极化性能是天线设计的难题。普通贴片天线馈电结构简单，但受表 面波的影响，低仰角增益不高，很难满足卫星导航的要求。电磁带隙结构是一种人造的 周期结构，存在明显的频率禁带特性，能够控制电磁波的传播，引起人们的普遍关注。

根据检索发现，目前国内外学者大多关注电磁带隙结构的设计方法及其特性研究， 还未见到将电磁带隙结构设计和安装方法相结合进行研究的报道，本发明将电磁带隙结 构和新型安装方法相结合，并应用于设计导航天线，以达到展宽天线波束宽度的目的， 满足新一代卫星导航的需要。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种采用电磁带隙结构及 其新型安装方法的宽波束导航天线，该天线具有低仰角、高增益的性能。

本发明采用的技术方案：一种采用电磁带隙结构及其新型安装方法的宽波束导航天 线，其制作步骤如下：

第一步，根据需要确定宽波束导航天线参数，包括工作频率、驻波比、增益指标；

第二步，选择或设计圆极化贴片天线，在圆极化贴片天线底部安装金属地板作为支 撑结构，并采用导电胶将所述圆极化贴片天线粘贴在所述金属地板表面中央并固化；

第三步，根据第一步所确定的宽波束导航天线参数，制作电磁带隙结构；

第四步，在所述的电磁带隙结构中央切割出一个圆形区域，并采用导电胶将所述电 磁带隙结构粘贴在所述金属地板表面并固化，从而完成了采用电磁带隙结构及其新型安 装方法的宽波束导航天线的制作。

所述第二步中所选择或设计的贴片天线为矩形或切角矩形。

所述第二步中的圆极化贴片天线的馈电结构由贴片和通孔组成，其实现方法为：选 择与通孔大小相匹配的同轴线对贴片进行馈电，将同轴探针的一端通过通孔焊接到贴片 上，另一端从通孔下方伸出，同轴线外导体焊接到通孔壁上。

所述第二步中圆极化贴片天线与金属地板为无缝结合，导电性能好，以保证贴片天 线的表面波能够传播到金属地板表面。

所述第三步中的电磁带隙结构由接地板、介质基片、金属贴片和金属过孔组成，金 属贴片与接地板之间由金属过孔连接，金属过孔周围为介质基片，并根据宽波束导航天 线的工作频率f、介质基片的介电常数ε_r和厚度h，采用HFSS优化设计出电磁带隙结 构。

所述第三步中的电磁带隙结构的物理大小与金属地板的大小相一致，所述的物理大 小是指：因为电磁带隙结构是对介质基片制版而得，物理大小是指介质基片的边长。

所述第三步中的电磁带隙结构是采用双面覆铜的印制电路板材料作为原材料，通过 制版技术制作而成。

所述第三步中的圆极化贴片天线与电磁带隙结构表面相齐平。

本发明与现有技术相比所具有的优点是：

(1)本发明所设计的贴片天线安装在金属地板上，电磁带隙结构制作在金属地板上， 将表面电流引向金属地板使其在金属地板表面传播，同时利用电磁带隙结构来抑制其在 表面传播，提高了低仰角增益，因此本发明具有低仰角(5度～20度仰角)、高增益(20 度仰角增益大于-2dB，5度仰角增益大于-5dB)的性能。

(2)此外，本发明所设计的天线无需对普通贴片天线设计尺寸进行改变，损耗低、 重量轻、结构简单、便于设计和加工；贴片天线和电磁带隙结构材料均采用双面覆铜板 制成，厚度薄；同时核心制作工艺与大规模集成电路板制造技术相兼容，制作成本低， 适合批量生产。

附图说明

图1是本发明实施例中圆极化贴片天线和电磁带隙结构正面示意图；

图2是本发明实施例中电磁带隙结构正面放大示意图；

图3是本发明实施例中所设计的天线整体结构剖面示意图；

图4是本发明实施例采用和未采用电磁带隙结构的情况下驻波比对比图；