[发明专利]带有递归耦合腔的多频圆形北斗贴片天线

说明书

技术领域

本发明涉及一种微带天线，尤其涉及一种用于北斗卫星与GPS定位系统的带有递归耦合腔的多频圆形北斗贴片天线。

背景技术

自2000年以来，中国已成功发射了4颗北斗一代导航定位卫星和11颗北斗二代导航定位卫星，已建成北斗一代导航试验系统并正在建设覆盖全球的北斗二代卫星定位系统。目前该导航系统具备在中国及其周边地区范围内的定位、授时、报文和GPS广域差分功能，并已在测绘、电信、水利、交通运输、渔业、勘探、森林防火和国家安全等诸多领域逐步发挥重要作用。天线作为卫星导航的重要部件，对卫星导航系统的好坏起着重要作用。

对卫星导航接收机天线有如下要求：在可看到卫星的差不多整个上半球，天线应该提供均匀的响应。当卫星低于所规定俯仰角时天线停止接收，为的是避免出现严重的多径效应和对流层效应，因此要对天线的覆盖范围加以限制。针对导航定位卫星，要求低仰角增益不能过低，所以天线方向图应有较宽的波束宽度。在利用直接相位测量的相对定位系统中，对应导航定位卫星的不同方向的天线输出端的相位差会造成相当大的位置误差，这种误差是精确的陆上测量所不能接受的。在覆盖区域内，理论上讲，天线不仅应提供振幅的均匀响应，还应提供相位的均匀响应。在天线覆盖区域内对均匀相位响应的要求至关重要，对于相位跟踪接收机则更为重要。

在信息技术迅猛发展的今天，随着卫星通信系统的广泛应用，对卫星通信系统接收天线的研究层出不穷，目前常用的卫星终端天线有十字交叉振子天线、四臂螺旋天线、微带天线以及螺旋天线。其中，微带天线因具有剖面低、体积小、重量轻、可共形、易集成、馈电方式灵活、便于获得线极化和圆极化等优良的性能而广泛应用于卫星终端接收设备中。除此之外，微带天线还在移动通信、卫星通讯、导弹遥测、多普勒雷达等许多领域获得了广泛的应用，但增益有限一直是微带天线的主要缺陷（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）。

带有递归耦合腔的多频圆形北斗贴片天线，综合使用了不规则的分形结构、缝隙的曲流作用，以及耦合腔的频点调控作用，具有优良的辐射特性，可以灵活调节各参数使之适用于北斗系统的收发频段以及其他导航系统。目前，带有递归耦合腔体的北斗微带天线还未见报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一款回波损耗低、增益高、接收与发射信号干扰小，可用于北斗导航系统收发频段的带有递归耦合腔的多频圆形北斗贴片天线。

本发明设有基板，在基板的两个表面上敷有上表面导体层和下表面导体层，上表面导体层加工成带有递归耦合腔的多频圆形辐射贴片，所述多频圆形辐射贴片中心轴线外边缘处呈圆弧缺口状，轴心处开有8字形缝隙，在圆弧内侧对称递归加载半径按相邻两个腔体半径之比η逐渐变小的耦合腔体，η为0.3～1，最大耦合圆孔距离中心位置为1～10mm，耦合圆孔的最大半径为0.4～6mm，腔体中心间距为临近腔体半径之和加上0.5～1mm；所述耦合腔体位于圆弧内侧的中心轴线上；所述8字形缝隙是由两个小圆交叉复合而成，两个小圆对称位于中心轴线上，两个小圆距离中心位置为0.8～3mm，半径为1.2～6mm；下表面导体层作为接地板。

所述基板可采用高介电常数基板，介电常数可为6～40，最好为18；所述基板可采用陶瓷介质基板或复合陶瓷基板，基板轮廓为比多频圆形辐射贴片大的圆形或者矩形。所述基板的厚度可为2～4mm，最好为2.2mm。

所述上表面导体层和下表面导体层最好使用圆形，轮廓直径为8～50mm，最好取25mm。

所述多频圆形辐射贴片的直径可为8～50mm，最好取25mm；

所述η最好为0.7。最大耦合孔距离中心位置最好为7.5mm。最大耦合孔半径最好为0.7mm。

所述两个小圆距离中心位置最好为1.5mm，圆的半径最好为1.8mm。

所述多频圆形辐射贴片的半径可为4～25mm，圆弧的圆心位于中心轴线上距离中心位置可为3～23mm，最好为10.4mm；圆弧的半径可为1.5～12mm，最好为1.9mm。

本发明的基本结构可以通过调整以上各参数的范围，优化获取可保证频点覆盖北斗卫星系统的全部频段要求，且回波损耗S₁₁可以达到-10dB以下，增益视不同天线尺寸可达到2～4dB以上。