一种适用于多频段卫星导航的天线

1.本实用新型属于一种卫星导航天线，具体涉及一种适用于多频段卫星导航的天线。


背景技术：

2.天线作为卫星定位系统中的关键部件，直接影响到整个系统的性能。由于卫星接收天线需要能够形成圆极化的半球形方向图，所以大部分的卫星天线都会选择使用微带天线和螺旋天线。这两种天线中，微带天线因造价低、体积小、加工方便，且能够达到令人满意的性能指标，而螺旋天线因结构紧凑、不需要参考地、对环境的适应性强等性能指标均颇受使用者欢迎。但这两种常用天线的共同缺点是：均无法满足多系统多频段的卫星服务。


技术实现要素：

3.本实用新型为了解决现有天线无法满足多系统多频段卫星服务的技术问题，提供一种适用于多频段卫星导航的天线。
4.为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：
5.一种适用于多频段卫星导航的天线，其特殊之处在于，包括第一介质基板、第二介质基板、馈电网络和反射腔；
6.所述第一介质基板与第二介质基板相互平行设置，所述第一介质基板远离第二介质基板的表面设有四臂正弦天线本体；
7.所述四臂正弦天线本体由两两相对设置的四个正弦臂组成；
8.所述第二介质基板上安装有两个连接器；
9.所述馈电网络的两个输入端分别连接两个连接器，两个输出端分别同时连接四臂正弦天线本体中相对设置的两个正弦臂；
10.所述反射腔的底部与第二介质基板相抵，顶部与第一介质基板之间留有间隙，且反射腔表面在第二介质基板上的投影能够覆盖四臂正弦天线本体在第二介质基板上的投影。
11.进一步地，所述馈电网络包括耦合器和两个平衡器；
12.所述耦合器的输入端分别与两个连接器相连，两个输出端分别与两个平衡器的输入端相连，两个平衡器的输出端分别同时连接四臂正弦天线本体中相对设置的两个正弦臂；
13.所述反射腔套设于平衡器的外部，所述耦合器设置于第二介质基板上。
14.进一步地，所述馈电网络还包括两个金属连接线；
15.两个所述金属连接线分别与两个平衡器的输出端相连，每个所述金属连接线的两端分别与相对设置的两个正弦臂相连。
16.进一步地，所述平衡器为巴伦。
17.进一步地，所述巴伦为双面指数渐变巴伦。
18.进一步地，所述反射腔呈圆台状，且大端靠近第二介质基板设置。
19.与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
20.1.本实用新型一种适用于多频段卫星导航的天线，能够覆盖所有卫星导航频段，且天线结构紧凑，体积小，加工为实物重量轻、剖面低，容易加工制造，便于推广使用。经试验验证，本实用新型的天线增加反射腔后，能够提高天线的增益，获得单向辐射天线。通过馈电网络、连接器和四臂正弦天线本体的设置方式，能够同时实现左旋圆极化和右旋圆极化，满足多系统多频段卫星服务的要求。
21.2.对本实用新型的实物进行测试，天线在1.0ghz-2.6ghz频段内驻波比小于2，通过微波暗室对天线1.2ghz、1.6ghz和2.5ghz频点的方向图进行测试，方向图实测结果和仿真结果基本一致。
22.3.本实用新型中的馈电网络，由耦合器和两个平衡器组成，耦合器能够实现左旋极化和右旋极化的切换。
23.4.本实用新型中平衡器采用指数渐变巴伦，能够有效平衡电流，实现阻抗变换。
附图说明
24.图1为本实用新型适用于多频段卫星导航的天线实施例的结构示意图；
25.图2为本实用新型图1实施例中四臂正弦天线本体的示意图；
26.图3为本实用新型图1实施例中第二介质基板的示意图；
27.图4为本实用新型实施例中双面指数渐变巴伦的示意图；
28.图5为本实用新型实施例在1.0ghz-2.6ghz频段内，设置巴伦与不设置巴伦的电压驻波比对比示意图；
29.图6为本实用新型实施例在1.2ghz频段设置反射腔和不设置反射腔的方向对比图；
30.图7为本实用新型实施例在1.6ghz频段设置反射腔和不设置反射腔的方向对比图；
31.图8为本实用新型实施例在2.5ghz频段设置反射腔和不设置反射腔的方向对比图；
32.图9为本实用新型实施例在1.2ghz频段设置反射腔和不设置反射腔的轴比对比图；
33.图10为本实用新型实施例在1.6ghz频段设置反射腔和不设置反射腔的轴比对比图；
34.图11为本实用新型实施例在2.5ghz频段设置反射腔和不设置反射腔的轴比对比图。
35.其中，1-第一介质基板、2-第二介质基板、3-馈电网络、301-平衡器、302-耦合器、4-四臂正弦天线本体、5-正弦臂、6-反射腔、7-金属连接线、8-反面金属片、9-正面金属片。
具体实施方式
36.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例并非对本实用新型的限制。
37.参见图1至图3，四臂正弦天线是一种应用广泛的典型宽带天线，具有频带宽、圆极化、尺寸小、效率高以及可以嵌装等优点，其尺寸由工作频率决定。本实用新型通过在末端加载的办法避免了天线波反射，并据此提出了一种适用于多频段卫星导航的天线，包括第一介质基板1、第二介质基板2、馈电网络3和反射腔6。第一介质基板1与第二介质基板2相互平行设置，第一介质基板1远离第二介质基板2的表面印制四臂正弦天线本体4，第二介质基板2上安装有两个连接器。
38.馈电网络3包括耦合器302和两个平衡器301。耦合器302的输入端分别与两个连接器相连，两个输出端分别与两个平衡器301的输入端相连，两个平衡器301的输出端分别同时通过金属连接线7连接四臂正弦天线本体4中相对设置的两个正弦臂5。如图4，作为一种优选方案，平衡器301采用双面指数渐变巴伦，双面指数渐变巴伦的介质板两面都印刷了金属贴片，正面金属片9比较细，反面金属片8比较宽，正面金属片9接电而反面金属片8接地。这种巴伦由接地宽边不平衡的输入端口逐渐过渡到窄边平衡馈电端口来接四臂正弦天线本体4，相当于一个三端口网络。在本实用新型的其他实施例中，也可以不采用指数渐变的方式，而是根据方程调整为直线型，都可以实现平衡-不平衡变换，同时，也可以实现阻抗的匹配。
39.圆台状的反射腔6套设于馈电网络3中的平衡器301外部，耦合器302可以设置在第二介质基板2上，反射腔6的底部为大端，与第二介质基板2相抵，耦合器302位于第二介质基板2上反射腔6大端相抵的外部，反射腔6顶部与第一介质基板1之间留有间隙，且反射腔6的表面能够覆盖四臂正弦天线本体4。
40.通过基于hfss三维电磁场标准的antenna design kit(天线辅助设计工具)，进行仿真。如图4所示为天线在1.0ghz-2.6ghz频段内的电压驻波比示意图，由图5也可以看出，在不设置巴伦，直接使用同轴线对天线馈电条件下，天线在工作频段内驻波比在3到10的范围内波动。增加巴伦后，全频段驻波降低到了2.5以下。相比直接对天线馈电，在本实用新型中，使用巴伦馈电对天线的驻波改善较大。
41.如图6至图8，分别为天线在1.2ghz、1.6ghz和2.5ghz频段设置反射腔6和不设置反射腔6的方向对比图。由图5至图7可以看出，在不设置反射腔6的条件下，天线轴向的极化增益约为5db。设置反射腔6后，天线轴向的右旋圆极化增益增加至8db左右，这是由于反射腔6反射了左旋圆极化波，提高了增益。
42.如下的表1示出了卫星导航不同频点处的天线轴向增益表：
43.表1不同导航频点的轴向增益
44.频率/ghz1.1761.2071.2271.2681.5611.5751.6162.492增益/dbic8.18.18.28.07.87.98.08.2
45.如图9至图11，分别为天线在1.2ghz、1.6ghz和2.5ghz频段设置反射腔6和不设置反射腔6的轴比对比图。从图8至图10可以看出，增加反射腔6可以改善天线轴比，增加反射腔6后，天线的正前方轴比减少了约2db。
46.另外，将本实用新型的天线、阿基米德螺旋天线、圆锥等角螺旋天线进行对比，得到表2所示的结果。可以看出，阿基米德螺旋天线和圆锥等角螺旋天线都具有宽带与双向辐射的特性，可以通过增加反射腔来实现单向辐射，其缺点是无法实现双极化的极化方式。阿基米德螺旋天线采用平底型金属反射腔，主要优化400mhz～1200mhz高频段的增益，其增益
范围为6bd～9.5db；其低频段200mhz～400mhz增益较低，增益范围1.0db～6.0db。圆锥等角螺旋天线在设计时未采用反射腔，其增益范围较小，为3.0db～6.8db。
47.表2不同天线指标对比
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以上所述仅为本实用新型的实施例，并非对本实用新型保护范围的限制，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均包括在本实用新型的专利保护范围内。