[实用新型]一种抗多径干扰的宽带低轴比GNSS天线

说明书

技术领域

本实用新型涉及天线领域，尤其是指一种抗多径干扰的宽带低轴比GNSS天线。

背景技术

GNSS是指全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System)，GNSS天线是接收卫星信号的终端天线。随着北斗卫星定位系统的加入，GNSS系统主要成员变成了四个：美国的GPS、俄罗斯的GLONASS、中国的北斗以及欧洲的伽利略。鉴于卫星导航系统巨大的经济价值及强烈的军用战略需求，GNSS作为高科技竞争的高地，其研究一直受到各国的重视。由于与移动通信天线极化接收信号方式不同，GNSS天线需要特殊设计，并且由于其应用场景复杂，受干扰较大，性能指标要求较手机等终端通讯天线更为苛刻。

自1964年美国GPS卫星定位系统投入使用以来，卫星导航产业得到蓬勃发展。各大国先后投入巨资研发导航系统，这更加促进了卫星导航产业的发展。为能够发射和接收任意极化方向的电磁波，GNSS天线采用圆极化方式。常用的卫星通讯频段有GPS：L1：1575MHz，L2：1227MHz，L5:1176MHz；北斗二代：B1:1561MHz；B2:1207MHz；B3:1268MHz；GLONASS：1612MHz。综合常用卫星通信频段，若设计一款天线能覆盖当前所有GNSS信号，则带宽至少需要覆盖1160MHz-1615MHz。GNSS天线主要采用右旋圆极化方式，由此带来微弱卫星天线信号容易受到多径衰落和干扰的问题。此外，卫星天线信号较弱，GNSS接收天线需要较高且较平稳的增益；圆极化天线还面临着较大频率范围内相位不稳定的问题。因此要设计一款小尺寸、能抗多径干扰、宽频带、低轴比、高增益、相位稳定、宽波束的GNSS天线是一个难点。

关于GNSS天线的理论和产业研究已经比较深入。实现宽带圆极化的主要方式有多谐振和多模；实现低轴比、高增益的方法主要是结构高度对称，有效辐射单元面积尽量大。多谐振是多个辐射单元产生的多个谐振点组合，或者引入寄生单元来产生宽带特性。多模实现主要借助微带天线多模特性，通过缝隙加载来分解高次模，使主模和高次模在特定频段上近似正交简并模，以此实现圆极化。

2008年，褚庆昕等人在Asia Pacific Microwave Conference上发表了A stacked dual-band equilaterall-triangular circularly polarized microstrip antenna。文中采用堆叠双层贴片的方式，同轴内导体与上层贴片相连馈电，同轴外外导体与介质基板背面地板连接。贴片作为一个单独的谐振辐射单元，产生一个谐振点，下层寄生贴片利用与上层贴片的电磁耦合产生另外一个频率相近的谐振点，两谐振点靠近，在S11曲线上形成W型，从而实现宽带特性，并且两个贴片的谐振频率独立可控，具有较大的优势。

2009年德国人A.E.Popugaev等人发表了题为A NOVEL HIGH PERFORMANCE ANTENNA FOR GNSS APPLICATIONS的文章。文中提出馈电网络和辐射单元分开，采用威尔金森功分器以及四分之一波长微带线，实现输出端口相位依次相差90度，幅度相同。四个馈电网络端口分别连接四个同轴导体，同轴导体穿过介质基板过孔和上层地板；四个同轴导体通过三角板连接上层正方形金属辐射板，为调整匹配并有一定的抗干扰能力，在中心辐射单元周围均匀摆放12个接地四边形金属贴片。该天线具有比较宽的轴比带宽，同时前后比以及回波损耗均表现出较好特性。但该天线加工较为复杂，稳定性不易控制。

2013年，Son Xuat Ta等人在IEEE TRANSACTIONS ON ANTENNAS AND PROPAGATION上发表题为Multi-band,wide-beam,circularly polarized,crossed,asymmetrically barbed dipole antennas for GPS applications的文章。文中提出单馈电方式，同轴内导体穿过地板连接上层的两组谐振单元，每一组谐振单元通过一个四分之三圆环产生90度的相移，且功率相等，实现圆极化特性。两组谐振单元互相垂直放置，形成中心对称的结构。同时利用单个谐振单元上多个谐振枝节产生不同频率谐振点拓展带宽，最终实现高性能圆极化天线。该GNSS天线具有多频带、高增益、做工简单、低轴比、高效率等突出优点。

发明内容