[发明专利]用于北斗系统的椭圆交叉嵌套多环递归微带天线

说明书

技术领域

本发明涉及一种环状结构的微带天线，尤其涉及一种用于北斗系统的椭圆交叉嵌套多环递归微带天线。

背景技术

中国北斗卫星导航系统（COMPASS，中文音译名称BeiDou），作为中国独立发展、自主运行的全球卫星导航系统，是国家正在建设的重要空间信息基础设施，可广泛应用于当前经济社会的各个领域。2003年，我国北斗一代建成并开通运行，2007年我国发射了第一颗北斗二代卫星，短短的几年间北斗导航系统快速的发展着。特别是2010年后我国发射了多颗北斗卫星，并于北京时间2012年2月25日零时12分，中国在西昌卫星发射中心用“长征三号甲”运载火箭，将中国第十一颗北斗导航卫星成功送入太空预定转移轨道。这是中国北斗卫星导航系统组网的第九颗倾斜地球同步轨道卫星，此次第十一颗北斗导航卫星的成功发射，标志着中国北斗区域卫星导航系统建设又迈出重要一步。目前，北斗二代系列卫星今年起将进入组网高峰期，预计在2015年形成由三十几颗卫星组成的覆盖全球的系统。

天线是卫星导航系统必不可少也是至关重要的部分，它决定着卫星导航系统能否正常发挥其作用与功能，因此卫星终端天线的设计对卫星导航事业的发展具有极为重要的现实意义。随着北斗卫星导航系统的深入构建，小型化终端天线的自主开发和产品实用化已迫在眉睫。减小天线尺寸的最常见的方案是在有限空间进行折叠，分形折叠技术由于其在频率点控制及频点相关方面独特的优势常被应用于天线设计中（Xiao-Qin Tian,Shao-bin Liu and Xue-yong Zhang.Circularly polarized microstrip antenna with slots for Beidou Navigation System.ISSSE Sept 2010:1-3）。国外研究分形天线的主要代表人物有美国的Nathan Cohen和西班牙的Carles Puente Baliarda，他们分别创办了Fractal Antenna Systems公司和Fractus S.A.公司。其中，Nathan Cohen的研究主要集中在具有尺寸压缩特性的Koch分形天线，而C.Puente则主要研究具有多频特性的Sierpinski分形天线，虽然还不尽完善但已开始得到实际的应用。目前分形天线的研究主要包括两个方面：具有分形结构的天线单元和具有分形排列的天线阵列，此外分形环天线、分形缝隙天线、分形频率选择表面也得到了广泛应用，新的分形天线结构将不断涌现（.YB Thakare and Rajkumar.Design of fractal patch antenna for size and radar cross-section reduction.IET Microwave.Antenna Propagation,2010,vol.4,Iss.2,PP:175-181）。

椭圆交叉嵌套多环递归微带天线，根据类分形结构的定义也可看成为一种分形天线，它使用了新颖的嵌套分形结构，同时结合了椭圆结构的良好辐射特性可以很好地应用于北斗系统。目前，将新颖嵌套结构的分形环天线应用于北斗系统还未见报道。

发明内容

本发明的目的在于提供回波损耗低、增益高、干扰小且具半球覆盖辐射特性的用于北斗系统的椭圆交叉嵌套多环递归微带天线。

本发明设有基板，在基板的两个表面上分别敷有上表面导体层和下表面导体层，上表面导体层加工成椭圆交叉嵌套多环递归辐射贴片，所述多环递归辐射贴片的外环由N个焦点位于i×360°/N（i=1,2,…N）的辐射线上具有长短轴的椭圆弧交叠构成，N可取2～18之间的偶数，组成外轮廓的每个椭圆弧的长短轴均相同，长轴长可为10～40mm，短轴长可为6～12mm；以相同的构成方式按组成相邻两个环的椭圆短轴之比η缩小形成一系列递归的同形貌嵌套轮廓，η可取0.2～0.9，递归的次数可为3～11；内轮廓椭圆弧的短轴长可为1.6～10mm，长轴长可为5～20mm，将奇数次和偶数次递归之间的良导体去除，形成一系列轮廓尺寸递归减小的缝隙嵌套环，所述缝隙嵌套环的i×360°/N（i=1,2,…N）射线部分保留宽度为0.5～2mm的良导体；所述下表面导体层作为接地板。

所述上表面导体层和下表面导体层可采用铜导体层或银导体层等。

本发明还采用同轴馈电的形式，馈电点接近贴片的中心处上，并可向左右移动1～2mm，上下浮动1～1.5mm；并可按需设置双馈，实现密集多峰特性。