[发明专利]高稳定相位中心的圆极化PIFA天线、GPS定位系统

说明书

本发明属于无线通信系统技术领域，公开了一种高稳定相位中心的圆极化PIFA天线、GPS定位系统，包括：馈电结构和辐射结构；辐射结构包括印制在圆形FR4介质板上层的八个矩形金属片和一根金属柱；馈电结构包括印制在矩形FR4介质板下层的三级Wilkinson功分移相器和四根同轴线。功分器的各个端口经由馈电探针激励PIFA天线辐射能量，通过设计对称的天线结构、对称的四点均匀馈电结构以及对称的四个馈电点，实现了天线的圆极化性能以及较稳定的相位中心。本发明的端射天线具有辐射圆极化、高稳定相位中心、低剖面、质量轻和易加工等特点，在新型圆极化PIFA天线领域有着广阔的应用前景。

技术领域

本发明属于无线通信系统技术领域，尤其涉及一种高稳定相位中心的圆极化PIFA(倒F)天线、GPS定位系统。

背景技术

目前，最接近的现有技术：随着无线通信系统的快速发展，卫星导航定位技术也随之快速发展。已经成熟的导航系统有4个，其中全球定位系统(Global PositioningSystem，GPS)利用GPS定位卫星，在全球范围内实时进行定位、导航，为全球用户提供低成本、高精度的三维位置、速度和精确定时等导航信息，是卫星通信技术在导航领域的应用典范。GPS接收频段一般为L1频段，即1575.42MHz，工作方式为右旋圆极化。GPS接收器设计的关键在于天线的设计，所设计的天线需具有有效接收卫星信号的能力，即能接收到任意极化方向的电磁波，因此，在设计GPS天线时，天线的圆极化设计是非常重要的。平面倒F天线(PIFA)由于结构简单，体积小和制造成本低，易于形成圆极化等优良特性，常用于无线通信系统。而圆极化(CP)辐射的PIFA天线有助于减轻多径效应造成的损失，同时具有抗干扰与抗多路径效应的优点，多用于射频识别(RFID)系统、全球定位系统(GPS)等。基于这些优点，圆极化PIFA受到了国内外众多学者越来越多的关注，研究圆极化PIFA具有深远的意义。

现有技术一提出了一种用于多模卫星导航的新型分集/MIMO宽带圆极化PIFA天线。该圆极化天线由两个PIFA天线单元组成，单元之间引入的十字型枝节为天线提供了圆极化的产生。该设计轴比AR3dB的频段覆盖1.07GHz-1.73GHz，带宽达到630MHz，但与电压驻波比带宽相比，轴比带宽还不够。

现有技术二提出了一种用于纳米卫星的圆极化PIFA天线。该天线系统由四个PIFA天线单元组成，各天线单元之间相位相差90°形成圆极化。由仿真测试得到该天线系统谐振于2.35GHz，在S11-14dB的带宽达到179MHz，其可实现的阻抗和轴比带宽比较局限。

现有技术三提出了工作于2.52GHz的单馈圆极化PIFA天线。该天线系统由两个短路片和一个用于辐射圆极化的锥形贴片组成。仿真结果显示阻抗带宽约为240MHz，计算得到的3dB轴比带宽在阻抗带宽范围内，其可实现的阻抗和轴比带宽仍旧比较局限。

综上所述，圆极化PIFA天线已逐渐运用于无线通信系统、全球定位系统中，但由于圆极化贴片天线自身的局限性，其可实现的阻抗和轴比带宽仍较窄。目前常用的微带天线圆极化的方法主要有：单点馈电、多馈点馈电和多元阵法。上述技术一采用了多单元法，带宽稍有提高；技术二采用了多点馈电法，但由于其馈电结构设计不佳，带宽的增加并不显著；技术三采用了单点馈电的方法，结构简单但带宽较窄。因而对于不同情况下应合理选择实现圆极化的方法。此外，由于PIFA天线辐射体与接地金属板之间的距离和天线辐射体的长度对天线性能有较大影响，主要体现在谐振频率和工作带宽上，因而利用圆极化PIFA天线设计用于GPS接收频段(L1频段，即1575.42MHz)的天线系统还很少。

综上所述，现有技术存在的问题是：圆极化PIFA天线在运用于无线通信系统、全球定位系统时，其可实现的阻抗和轴比带宽不够大，且利用圆极化PIFA天线设计用于GPS接收频段(L1频段，即1575.42MHz)的天线系统还很少。