[发明专利]基于嵌套递归旋转对称CSRR分布阵列的叠层微带天线

说明书

技术领域

本发明涉及一种微带天线，特别是涉及一种在分形贴片上嵌套递归旋转对称CSRR分布阵列，并与切角简并模结构和叠层结构相结合，通过综合优化CSRR阵列分布位置，切角大小和开缝参数，可以覆盖北斗导航系统的基本频段，也可推广到兼容GPS及多频应用体系的基于嵌套递归旋转对称CSRR分布阵列的叠层微带天线。

背景技术

北斗卫星导航系统是我国目前正在实施的具有自主研发、独立运行的全球卫星导航系统，与美国GPS、俄罗斯格罗纳斯、欧盟伽利略系统相比，既能提供高精度、高可靠的定位、导航和授时服务，还具有短报文通信、差分服务和完好性服务特色。目前该系统已成功应用于航空航天、航海、陆地交通等军事及民用领域，产生了显著的经济效益和社会效益，因此其发展具有重要的意义。

天线作为卫星导航系统最前端的关键器件，对系统的发展起到极为重要的作用。随着各类无线通信的迅速发展，传统的卫星天线已经无法满足小型化、多应用等的需求。而且北斗导航系统是主动式双向测距二维导航，用户设备必须包含发射机和接收机，这就对北斗终端天线提出来更高的要求。因此，对北斗天线的小型化、宽带化和多应用兼容的研究具有很大的实用意义。

而微带贴片天线是一种使用微带贴片作为辐射源的天线，具有小型化、易集成、方向性好等优点，因此其应用前景广阔，尤其可在无线电引信上积极地推广与应用。其中辐射贴片的形状是影响天线性能的重要因素之一，它直接影响着天线的带宽、频率、增益和极化等指标。

虽然近年来，具有小型宽带特性的北斗导航天线领域已有了不少研究，但主要集中在单频或双频，特别对于三频及其以上，兼容GPS导航系统应用的叠层微带天线研究相对较少。本发明中采用在分形结构上加载嵌套递归旋转对称CSRR分布阵列结构和切角结构来实现小型化、宽带化和多频化，其对应的可调频率比的变化范围较大，完全可以满足北斗、GPS卫星通信系统的要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种覆盖GPS、北斗的工作频段，可实现较高隔离度，满足导航天线尺寸小、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要求的基于嵌套递归旋转对称CSRR分布阵列的叠层微带天线。

本发明为良导体和介质基板无间隙交叠组成的5层结构，从上至下依次为上良导体层、上基板、中良导体层、下基板和下良导体层；上良导体层为带有嵌套递归旋转对称CSRR分布阵列结构和切角结构的1阶Minkowski分形上辐射贴片，所述嵌套递归旋转对称CSRR分布阵列结构设有与天线几何中心对称的8个阵元，所述阵元为互补开口谐振环(CSRR)结构，所述分布阵列结构由两阶阵列嵌套递归而成，所述两阶阵列是由靠近贴片中心的第一阶四元阵列和分散在贴片四个角落的第二阶四元阵列组成，所述第一阶四元阵列的四个阵元和第二阶四元阵列的四个阵元均在与天线边缘呈45°角方向，以90°旋转对称形式排列而成，且互补开口谐振环(CSRR)的中心均位于贴片对角线上；中良导体层为带小孔和切角的1阶Minkowski分形下辐射贴片；所述下良导体层为接地板。

所述上下基板可采用陶瓷双面覆铜基板、陶瓷双面覆银基板、环氧复合板双面覆铜基板或环氧复合板双面覆银基板等，上下基板的相对介电常数可为9～15，上下基板均可采用正方形结构，上基板的边长可为20～30mm，厚度可为2～4mm；下基板的边长可为40～55mm，厚度可为2～4mm。

所述1阶Minkowski分形上辐射贴片可采用带四个长方形缺口的正方形辐射贴片，正方形辐射贴片边长可为15～21mm，所述四个长方形缺口分布在正方形辐射贴片四边中心处，长方形缺口的长度可为5～7mm，宽度可为2～3mm；所述1阶Minkowski分形上辐射贴片的切角结构可采用对角上两个大小相等的等腰直角三角形，腰长可为1.4～2.0mm；所述嵌套递归旋转对称CSRR分布阵列，靠近贴片中心的四个阵元中心与贴片轴线间隔可为2.0～2.5mm，分散在贴片四个角落的四个阵元中心与贴片边缘间隔可为2.5～3.0mm，通过调节CSRR阵列分布位置可控制天线的特性。

所述开口谐振环可由一对开口方向相反的正方形环嵌套组成，两环中心位置重合；外环边长可为2～3mm，内环边长可为1～2mm，环宽和环间距均可为0.1～0.4mm；两环在一边的中点处有开口，均是矩形，长边可为0.3～0.7mm，短边可等于环宽，开口环呈C字型。