应用于北斗终端的宽带圆极化滤波天线制造技术

本发明专利技术涉及一种应用于北斗终端的宽带圆极化滤波天线，属于无线通信终端的天线技术领域。该天线利用叠成技术，将底层的二级级联功分器和90°移相器级联，为顶层辐射贴片提供较大的圆极化带宽；为进一步改善天线的圆极化性能，在正六边形缝隙加载的顶层辐射贴片上刻蚀两个正交的领结型缝隙，将顶层贴片划分成五个辐射区域，进而产生多模谐振，实现良好的阻抗匹配，并获得足够的圆极化带宽；此外，将馈电网络和辐射天线分别置于接地板的两侧，可有效的将能量集中辐射于上半空间，使所述天线不仅能以右旋圆极化方式辐射，还可对特定频点实现较好地圆极化陷波性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于无线通信终端的天线
，涉及一种应用于北斗终端的宽带圆极化滤波天线。
技术介绍
随着时间的推移，我国的北斗卫星天线导航系统已由一代演进为二代，并在北斗一代的基础上，将其工作频段新增为B2(1207.14±10.23MHz)、B3(1268.52±10.23MHz)和B1(1561.098±2.046MHz)频段。为了构建全球卫星导航系统，实现与其他导航系统实现兼容与互操作功能，需将小型化、多功能的带宽天线与滤波器件进行集成设计，获得性能更多、宽带更宽的圆极化滤波天线。目前，研究者普遍关注于具有滤波特性的线极化超宽带天线的研究与设计，而忽视了与之对应的宽带圆极化天线的研究。在实际应用中，圆极化天线可分解为两个相互正交，幅度相等，相位差为90°的线极化波，并在卫星导航系统中具有极为重要的作用，可较好地实现频率复用，极化分集以及极化捷变，故而，圆极化天线较线极化天线而言，具有更多的优势。此外，随着科技的进步，原来的窄带天线将难以满足人们对快速、大容量信息通信的要求，为提高通信质量，降低天线间的互耦效应，考虑用单个宽频带天线去替换原有的多个天线，以减少天线的使用数量，改善设计空间，避免资源浪费。以我国构建的北斗卫星导航系统为例，不仅需要其终端天线具有更宽的工作频段，还需实现与美国的GPS导航系统间的兼容与互操作，以便覆盖相应的卫星导航系统的工作频段。随后，中俄双方首领于2015年5月8日签署了北斗系统(BDS)和格洛纳斯系统(GLONASS)的兼容与互操作联合声明。预计2020年左右，我国将建成覆盖全球的卫星导航系统，故而研究宽带圆极化滤波天线对于我国卫星导航系统的建设具有极为重要的意义。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种应用于北斗终端的宽带圆极化滤波天线，该天线利用叠成技术，将底层的二级级联功分器和90°移相器级联，为顶层辐射贴片提供较大的圆极化带宽；为进一步改善天线的圆极化性能，在正六边形缝隙加载的顶层辐射贴片上刻蚀两个正交的领结型缝隙，将顶层贴片划分成五个辐射区域，进而产生多模谐振，实现良好的阻抗匹配，并获得足够的圆极化带宽；此外，将馈电网络和辐射天线分别置于接地板的两侧，可有效的将能量集中辐射于上半空间，使所述天线不仅能以右旋圆极化方式辐射，还可对特定频点实现较好地圆极化陷波性能。为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种应用于北斗终端的宽带圆极化滤波天线，该天线包括辐射部分、滤波谐振部分、寄生部分、介质基板、金属接地板和底层馈电网络；所述辐射部分为类龟形结构，主要包括一个圆形的金属贴片，在距离坐标原点等距离处的正X轴和负Y轴处刻蚀了两等大的圆形孔，四周对称的加载了由圆环和正四边形贴片相互交叠构成的四个微扰单元，以及在金属贴片上刻蚀一个正六边形缝隙和六个T型谐振枝节；所述滤波谐振部分由两个正交的领结型缝隙构成，领结型缝隙包括原点处的一个圆环，一个一分四的三角形渐变金属结构，以及内侧的四个正四边形缝隙，和外侧的四个正四边形缝隙，内外侧相对应的两个四边形相互交叠；所述寄生部分位于两个圆形孔的正下方，且两个金属圆形贴片的尺寸大于各自对应的圆形孔，该圆孔尺寸等于同轴线外直径的尺寸，圆形贴片为电容耦合贴片，用于抵消同轴探针的感性阻抗；所述介质基板分为上下两层，上层位于领结型缝隙加载的金属辐射贴片与金属寄生贴片之间，下层位于金属接地板和馈电网络之间，上下两层介质基板上均有四个切角、四个对称的通孔以及两个正交的馈电通孔；所述金属接地板位于下层介质基板的顶层；所述馈电网络包括一个二级级联功分器和一个90°谢夫曼移相器。进一步，所述辐射部分、寄生部分、金属接地板和底层馈电网络的厚度均为0.01mm-0.05mm。进一步，所述辐射部分的圆形的金属贴片的半径r0为41.5mm-44.5mm，其上刻蚀一个正六边形缝隙，边长c1为24.5mm-26.5mm，缝隙宽度c2为1.8mm-2.2mm；T型谐振枝节距坐标原点的距离a2为29.0mm-30.0mm,其长度a1为11mm-13mm,宽度b1为1.8mm-2.2mm；四周对称加载的微扰单元的圆环内径R2为2.4mm-2.6mm，外径R1为3.8mm-4.2mm，正四边形的边长为圆环外径的两倍。进一步，所述滤波谐振部分的领结型缝隙由8个等大的正四边形缝隙构成，其边长a3为9.0mm-12.0mm，其缝隙宽度a4为1.0mm-1.6mm，内侧的四个正四边形缝隙和外侧的四个正四边形缝隙交叠，交叠长度为两倍四边形缝隙的宽度；渐变结构的金属圆环的半径r1为1.9mm-2.1mm，其应小于两倍缝隙宽度。进一步，所述寄生部分的两个圆形金属贴片半径R3为3.4mm-3.6mm，距坐标原点的距离d为16.8mm-17.2mm。进一步，所述介质基板的下层基板材料为Rogers4350，其相对介电常数为3.66，介质损耗0.004，其长度L0为118mm-122mm，厚度h1为0.80mm-0.85mm，切角边长c3为13.4mm-13.6mm；上层基板材料为FR4，其相对介电常数为4.4，其长度Lp为88mm-92mm，厚度h2为0.8mm-1.2mm，切角边长c4为4.6mm-5mm，上下两层介质基板间隔h0为9.8mm-10.2mm；所述金属接地板位于下层介质基板的顶部，其尺寸大小与下层介质基板一样。进一步，所述馈电网络的输入端为50Ω的微带馈线，其宽度W0为1.50mm-1.70mm；馈线后级联了两个一分二的等功率分配器，简称为功分器，二者的分别工作于频点为1.2GHz和2GHz时，频比g＝1.67,可得1/4个介质波长的电长度可为19.60mm-32.70mm，由于中心频点为1.6GHz，可得耦合线长度L1和L2为24.00mm-30.00mm,宽度W1和W2为1.00mm-1.60mm；功分器后级联了一个90°移相器，所述移相器的主通路和参考通路间的电长度相差1/4个介质波长,其中心频点为1.6GHz，于是，所述移相器的主通路的长度2*(L4+L3)为72mm-80mm，输出端口2的输出长度L7为5.00mm-8.00mm，参考通路L5为100mm-110mm(输出端口2和输出端口3的馈线宽度与所述的输入端口1的宽度W0保持一致)；所述馈电网络的各级耦合线间的间距s1、s2和s3的值为0.20mm-0.40mm。本专利技术的有益效果在于：与现有北斗终端天线相比，本专利技术应用于北斗终端的宽带圆极化滤波天线具有以下优点：1)具有较大的圆极化带宽。其工作频段可覆盖北斗终端的B2(1207.14±10.23MHz)、B3(1268.52±10.23MHz)和B1(1561.098±2.046MHz)频段，以及GPS系统L1(1575.42±1.023MHz)频段，使得该滤波天线可与其它卫星导航系统实现兼容与互操作；2)具有对特定频段的带通功能。通过将馈电网络和辐射贴片分别置于接地板两侧，并在辐射贴片上加载两个正交的领结型缝隙，使得天线不仅具有良好的圆极化特性，还可产生对特定频段的带通功能。附图说明为了使本专利技术的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本专利技术提供如下附图进行说明：图1为本专利技术应用于北斗终端的宽带圆极化滤波天线的整体结构图；图2为该天线的侧视图本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种应用于北斗终端的宽带圆极化滤波天线，其特征在于：该天线包括辐射部分、滤波谐振部分、寄生部分、介质基板、金属接地板和底层馈电网络；所述辐射部分为类龟形结构，主要包括一个圆形的金属贴片，在距离坐标原点等距离处的正X轴和负Y轴处刻蚀了两等大的圆形孔，四周对称的加载了由圆环和正四边形贴片相互交叠构成的四个微扰单元，以及在金属贴片上刻蚀一个正六边形缝隙和六个T型谐振枝节；所述滤波谐振部分由两个正交的领结型缝隙构成，领结型缝隙包括原点处的一个圆环，一个一分四的三角形渐变金属结构，以及内侧的四个正四边形缝隙，和外侧的四个正四边形缝隙，内外侧相对应的两个四边形相互交叠；所述寄生部分位于两个圆形孔的正下方，且两个金属圆形贴片的尺寸大于各自对应的圆形孔，该圆孔尺寸等于同轴线外直径的尺寸，圆形贴片为电容耦合贴片，用于抵消同轴探针的感性阻抗；所述介质基板分为上下两层，上层位于领结型缝隙加载的金属辐射贴片与金属寄生贴片之间，下层位于金属接地板和馈电网络之间，上下两层介质基板上均有四个切角、四个对称的通孔以及两个正交的馈电通孔；所述金属接地板位于下层介质基板的顶层；所述馈电网络包括一个二级级联功分器和一个90°谢夫曼移相器。...

【技术特征摘要】
1.一种应用于北斗终端的宽带圆极化滤波天线，其特征在于：该天线包括辐射部分、滤波谐振部分、寄生部分、介质基板、金属接地板和底层馈电网络；所述辐射部分为类龟形结构，主要包括一个圆形的金属贴片，在距离坐标原点等距离处的正X轴和负Y轴处刻蚀了两等大的圆形孔，四周对称的加载了由圆环和正四边形贴片相互交叠构成的四个微扰单元，以及在金属贴片上刻蚀一个正六边形缝隙和六个T型谐振枝节；所述滤波谐振部分由两个正交的领结型缝隙构成，领结型缝隙包括原点处的一个圆环，一个一分四的三角形渐变金属结构，以及内侧的四个正四边形缝隙，和外侧的四个正四边形缝隙，内外侧相对应的两个四边形相互交叠；所述寄生部分位于两个圆形孔的正下方，且两个金属圆形贴片的尺寸大于各自对应的圆形孔，该圆孔尺寸等于同轴线外直径的尺寸，圆形贴片为电容耦合贴片，用于抵消同轴探针的感性阻抗；所述介质基板分为上下两层，上层位于领结型缝隙加载的金属辐射贴片与金属寄生贴片之间，下层位于金属接地板和馈电网络之间，上下两层介质基板上均有四个切角、四个对称的通孔以及两个正交的馈电通孔；所述金属接地板位于下层介质基板的顶层；所述馈电网络包括一个二级级联功分器和一个90°谢夫曼移相器。2.根据权利要求1所述的一种应用于北斗终端的宽带圆极化滤波天线，其特征在于：所述辐射部分、寄生部分、金属接地板和底层馈电网络的厚度均为0.01mm-0.05mm。3.根据权利要求1所述的一种应用于北斗终端的宽带圆极化滤波天线，其特征在于：所述辐射部分的圆形的金属贴片的半径r0为41.5mm-44.5mm，其上刻蚀一个正六边形缝隙，边长c1为24.5mm-26.5mm，缝隙宽度c2为1.8mm-2.2mm；T型谐振枝节距坐标原点的距离a2为29.0mm-30.0mm,其长度a1为11mm-13mm,宽度b1为1.8mm-2.2mm；四周对称加载的微扰单元的圆环内径R2为2.4mm-2.6mm，外径R1为3.8mm-4.2mm，正四边形的边长为圆环外径的两倍。4.根据权利要求1所述的一种应用于北斗终端的宽带圆极化滤波天线，其特征在于：所述滤波谐振部分的领结型缝隙由8个等大的正四边形缝隙构成...

【专利技术属性】
技术研发人员：郝宏刚，李佳玉，周丽，罗伟，尹波，任仪，
申请(专利权)人：重庆邮电大学，
类型：发明
国别省市：重庆;50