[发明专利]北斗系统耦合加载寄生单元正交合成双频微带天线

说明书

技术领域

本发明涉及一种三角形双频微带天线，尤其是涉及一种用于北斗卫星系统的小型化收发一体的北斗系统耦合加载寄生单元正交合成双频微带天线。

背景技术

卫星导航系统是重要的空间基础设施，能够广泛用于社会生活的各个方面，具有重大的政治、军事、社会意义，也能够为人类带来巨大的经济效益。我国作为幅员辽阔、人口众多的最大发展中国家，有必要拥有自己的卫星导航系统。

迄今为止，我国发射的北斗卫星已基本构建了北斗卫星导航系统。北斗卫星导航定位系统（BeiDou）是中国自主研制开发的区域性有源三维卫星定位与通信系统（CNSS），是继美国的全球定位系统（GPS）、俄罗斯的GLONASS之后第三个成熟的卫星导航系统。北斗卫星导航定位系统致力于向全球用户提供高质量的定位、导航和授时服务，突出特点是：卫星数目少，用户终端设备简单，其建设与发展则遵循开放性、自主性、兼容性、渐进性四项原则。

然而天线作为卫星通信系统必不可缺少的一部分，它决定着卫星通信系统的性能。由于北斗导航系统是主动式双向测距二维导航，所以用户设备必须包含发射机，这就对北斗终端天线提出来较高的要求。北斗卫星导航定位系统工作于上行L频段（左圆极化）、下行S频段（右圆极化）。同时，北斗系统用户端为了和其它卫星导航系统实现兼容，也要求天线在双频段或多频段具有良好的性能。因此，北斗天线的多频化和圆极化就成了研究的目标和重点。

随着卫星通信系统的广泛应用，各种天线已经运用在卫星系统中，如单极的、双极的、螺旋的、四臂螺旋的，以及微带天线，均可用于卫星通信系统的各种天线中。微带天线因具有剖面低、体积小、重量轻、可共形、易集成、馈电方式灵活、便于获得线极化和圆极化等优点，已在移动通信，卫星通讯，导弹遥测，多普勒雷达等许多领域获得了广泛的应用。圆极化技术和多频技术的结合是近年研究的重点内容。

发明内容

本发明的目的在于提供一种尺寸适中、带宽较大、回波损耗较低、增益高、接收与发射信号频道干扰小的北斗系统耦合加载寄生单元正交合成双频微带天线。

通过本发明的加载技术，可以实现3个相位相差60°的电流，再结合优化调整缝隙和桥接部分可实现相位匹配，在北斗收发频段实现双频圆极化。

本发明设有介质基板，所述介质基板的两个表面上敷有导体，在介质基板上表面的导体面上雕刻有带缝隙和加载的三角形贴片，在以三角形顶点和中心的连线为轴开设3个长方形缝隙，3个长方形缝隙连成“人”字型，每个长方形的长为5～8mm、宽为0.5～1mm；平行于三角形的三边外加载长方形贴片，长方形贴片的长为15～28mm，宽为0.5～3mm；长方形贴片和三角形边长之间采用矩形相连，矩形长为2～6mm，宽为0.5～2mm；介质基板下表面的导体面作为接地。

所述介质基板的介电常数可为9～15，最好为10，所述介质基板可采用圆柱形介质基板等，所述介质基板的半径可为10～30mm，厚可为2～4mm，最好半径为20mm，厚为3mm；所述介质基板可采用陶瓷介质基板。

所述导体可采用铜或银等。

本发明利用开缝隙和加载使简并模分离产生两个正交极化的相位差90°的简并模，再通过寻找两个馈点的位置实现双频，从而实现了双频圆极化。通过调整缝隙和加载的贴片的大小可灵活控制频点位置及增益。

本发明的设计频率为双频，其频段分别为1.56～1.64G与2.44～2.56G，可覆盖了北斗卫星及卫星定位系统的工作频段。

本发明与常规微带天线相比具有以下优点：

1.易于实现圆极化。由于同时采用了加载技术和缝隙匹配，形成了3个互成60°的电流，又可以设置馈电位置来使电流正交极化，最后利用缝隙和桥接分别实现双频点的相位匹配。

2.易于实现双频特性。由于采用了双同轴馈电的方式和以上结构，方便在不同的位置实现相位和阻抗匹配。具有双频工作频带：L频段与S频段，L频段为1.56～1.66GHz，绝对带宽为0.1GHz，相对带宽为6.2%；S频段为2.47～2.5GHz，绝对带宽为0.03GHz，相对带宽为1.2%。

3.尺寸比传统天线要小。一是采用了高介电常数基板，使得微带缝隙阵列天线的尺寸得到了进一步的缩小。二是采用了上述加载耦合方法，使得结构更加紧凑。

综上所述，本发明具有尺寸适中、结构简单、双频工作、带宽大、辐射特征好、受环境因素影响小、成本低、易集成等优点，可达到北斗卫星与GPS导航等卫星通信系统对天线的要求。