本實(shí)用新型涉及無線通信技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種左旋圓極化天線。

背景技術(shù)：

全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(Global Navigation Satellite System，GNSS)是以衛(wèi)星作為導(dǎo)航臺的星基無線電導(dǎo)航系統(tǒng)，能為全球陸、海、空、天的各類載體提供全天候、24小時連續(xù)的高精度三維位置、速度和精密時間信息，在各個領(lǐng)域已有廣泛應(yīng)用。GNSS-R技術(shù)是GNSS的一個新型分支，是國內(nèi)外遙感探測和導(dǎo)航技術(shù)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。該技術(shù)在接收衛(wèi)星導(dǎo)航信號的同時也接收信號經(jīng)反射面后的反射信號，通過對反射信號的精確估計和接收處理，實(shí)現(xiàn)對反射面物理特性的估計與反演。目前利用該技術(shù)進(jìn)行目標(biāo)遙感與探測的研究主要集中在海面測風(fēng)、測高、海冰探測、土壤濕度、移動目標(biāo)等領(lǐng)域。

衛(wèi)星導(dǎo)航信號實(shí)質(zhì)是一種電磁波，其極化特性主要為右旋圓極化，因此目前導(dǎo)航衛(wèi)星信號接收天線主要是右旋圓極化天線。而衛(wèi)星導(dǎo)航信號經(jīng)海面等反射面反射后，極化特性會發(fā)生改變，右旋極化波轉(zhuǎn)換為左旋極化波。對于GNSS-R技術(shù)來說，接收左旋極化波的反射信號是必不可少的環(huán)節(jié)。接收左旋極化波的天線不僅需要足夠?qū)挼墓ぷ鲙?，由于?jīng)海面等反射的信號非常微弱，需要非常高的增益。作為天線這一環(huán)節(jié)，目前尚未有成熟的設(shè)備可以提供，影響到了海面測風(fēng)、測高、海冰探測、土壤濕度、移動目標(biāo)的檢測靈敏度。

實(shí)用新型的目的在于提供一種左旋圓極化天線，具有足夠?qū)挼墓ぷ鲙捄驮鲆妗?/p>

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的第一技術(shù)方案為一種左旋圓極化天線，其特征在于：包括上層微帶板1、下層微帶板4，所述上層微帶板1和下層微帶板4之間由空氣或泡沫板隔開；

所述上層微帶板1為單層板，在上層介質(zhì)3的下表面或上表面覆蓋有四塊寄生貼片2，所述四塊寄生貼片2為對角被切角的方形切角貼片，四塊寄生貼片2以上層介質(zhì)3的中心為中心對稱分布，各個寄生貼片2的側(cè)邊互相對齊，切角沿左旋極化方向按順序分別旋轉(zhuǎn)90度；

所述下層微帶板4為雙層板，在下層介質(zhì)7的上表面覆蓋有饋電網(wǎng)絡(luò)6和四塊諧振貼片5，下表面覆蓋有接地板10，四塊諧振貼片5以下層介質(zhì)7的中心為中心對稱分布，各諧振貼片5分別位于對應(yīng)的寄生貼片2的下方并且中心相同，各諧振貼片5的切角與寄生貼片2的切角位于同一位置，分別沿左旋極化方向按順序旋轉(zhuǎn)90度；

所述饋電網(wǎng)絡(luò)6包括第一微帶線61、第二微帶線62、第三微帶線63、第四微帶線64、第五微帶線65、第六微帶線66、第七微帶線67，連接在各諧振貼片5側(cè)邊上的4條第一微帶線61分別沿左旋極化方向按順序分別旋轉(zhuǎn)90度，兩條第二微帶線62、第三微帶線63分別與對角上的兩諧振貼片5的第一微帶線61連接，第二微帶線62與第一微帶線61呈直角連接，第三微帶線63與第一微帶線61呈直線連接，相鄰的第二微帶線62、第三微帶線63通過第四微帶線64連接，第五微帶線65、第六微帶線66呈兩側(cè)高低不等的U字形狀，位于以下層介質(zhì)7的中心為中心旋轉(zhuǎn)180度的位置，各高端側(cè)線分別連接在第四微帶線64的中間偏外部位，各低端側(cè)線位于兩諧振貼片5的中間位置，互相連接成一直線，連接點(diǎn)在下層介質(zhì)7的中心，第七微帶線67由三條夾角為直角的直線構(gòu)成，外側(cè)的直線為信號輸出端，位于第五微帶線65、第六微帶線66各低端側(cè)線的延長線上，內(nèi)側(cè)的直線連接在第六微帶線66的底線的中間偏向高端側(cè)線的部位。

本實(shí)用新型的第二技術(shù)方案基于第一技術(shù)方案，其特征在于：所述寄生貼片2的整個外形尺寸大于諧振貼片5。

第三技術(shù)方案基于第一技術(shù)方案，其特征在于：第二微帶線62的寬度比第一微帶線61窄，第三微帶線63由寬度不同的兩部分組成，寬的部分與第一微帶線61連接，寬度與第二微帶線62的寬度相同，第四微帶線64的寬度與第三微帶線63的窄的部分的寬度相同，第五微帶線65的寬度與第二微帶線62的寬度相同，第六微帶線66由寬度不同呈L形的兩部分組成，窄的部分的長度大于寬的部分，寬的部分的寬度與第二微帶線62的寬度相同，窄的部分的寬度與第三微帶線63的窄的部分相同，寬的部分與第四微帶線64連接，第七微帶線67的寬度與第二微帶線62的寬度相同。

第四技術(shù)方案基于第一技術(shù)方案，其特征在于：所述上層微帶板1與下層微帶板4之間通過絕緣立柱9固定連接。

第五技術(shù)方案基于第一至第四中任一技術(shù)方案，其特征在于：下層微帶板4的上表面設(shè)置有低噪聲放大器，所述低噪聲放大器位于第七微帶線67的外側(cè)直線的外側(cè)，與外側(cè)直線連接。

第六技術(shù)方案基于第一至第四中任一技術(shù)方案，其特征在于：所述上下層微帶板1、4采用羅杰斯板材4350，下層微帶板4為厚度0.762mm的雙層微帶板，上層微帶板1為厚度1.524mm的單層板，所述寄生貼片2、諧振貼片5、饋電網(wǎng)絡(luò)6通過腐蝕法制取。

本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)和有益效果：本實(shí)用新型提供的左旋圓極化天線具有增益高、駐波比低、工作帶寬更寬的優(yōu)點(diǎn)。

附圖說明

圖1是左旋圓極化天線的側(cè)視圖，

圖2是左旋圓極化天線的斜視圖(為方便觀察，上層微帶板的一部分被截取)，

圖3是上層微帶板下表面的結(jié)構(gòu)示意圖，

圖4是下層微帶板上表面的結(jié)構(gòu)示意圖，

圖5是左旋圓極化天線效果的仿真測試圖。

附圖標(biāo)記：

1-上層微帶板， 2-寄生貼片，

3-上層介質(zhì)， 4-下層微帶板，

5-諧振貼片， 6-饋電網(wǎng)絡(luò)，

7-下層介質(zhì)， 8-低噪聲放大器(LNA)，

9-絕緣立柱， 61-第一微帶線，

62-第二微帶線， 63-第三微帶線，

64-第四微帶線， 65-第五微帶線，

66-第六微帶線， 67-第七微帶線。

具體實(shí)施方式

本實(shí)用新型提供了許多可應(yīng)用的創(chuàng)造性概念，該創(chuàng)造性概念可大量的體現(xiàn)于具體的上下文中。在下述本實(shí)用新型的實(shí)施方式中描述的具體的實(shí)施例僅作為本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式的示例性說明，而不構(gòu)成對本實(shí)用新型范圍的限制。

下面結(jié)合附圖和具體的實(shí)施方式對本實(shí)用新型作進(jìn)一步的描述。

如圖1至4所示，本實(shí)用新型的包括上層微帶板1、下層微帶板4，所述上層微帶板1和下層微帶板4之間由空氣或泡沫板隔開。

所述上層微帶板1為單層板，在上層介質(zhì)3的下表面或上表面覆蓋有四塊寄生貼片2，如圖3所示，四塊寄生貼片2為對角被切角的方形切角貼片，四塊寄生貼片2以上層介質(zhì)3的中心為中心對稱分布，各個寄生貼片2的側(cè)邊互相對齊，切角沿左旋極化方向按順序分別旋轉(zhuǎn)90度。

如圖4所示，所述下層微帶板4為雙層板，在下層介質(zhì)7的上表面覆蓋有饋電網(wǎng)絡(luò)6和四塊諧振貼片5，下表面覆蓋有接地板10，四塊諧振貼片5以下層介質(zhì)7的中心為中心對稱分布，各諧振貼片5分別位于對應(yīng)的寄生貼片2的下方并且中心相同，各諧振貼片5的切角與寄生貼片2的切角位于同一位置，分別沿左旋極化方向按順序旋轉(zhuǎn)90。

如圖4所示，所述饋電網(wǎng)絡(luò)6包括第一微帶線61、第二微帶線62、第三微帶線63、第四微帶線64、第五微帶線65、第六微帶線66、第七微帶線67。連接在各諧振貼片5側(cè)邊上的4條第一微帶線61分別沿左旋極化方向按順序分別旋轉(zhuǎn)90度，兩條第二微帶線62、第三微帶線63分別與對角上的兩諧振貼片5的第一微帶線61連接，第二微帶線62與第一微帶線61呈直角連接，第三微帶線63與第一微帶線61呈直線連接，相鄰的第二微帶線62、第三微帶線63通過第四微帶線64連接，第五微帶線65、第六微帶線66呈兩側(cè)高低不等的U字形狀，位于以下層介質(zhì)7的中心為中心旋轉(zhuǎn)180度的位置，各高端側(cè)線分別連接在第四微帶線64的中間偏外部位，各低端側(cè)線位于兩諧振貼片5的中間位置，互相連接成一直線，連接點(diǎn)在下層介質(zhì)7的中心，第七微帶線67由三條夾角為直角的直線構(gòu)成，外側(cè)的直線為信號輸出端，位于第五微帶線65、第六微帶線66各低端側(cè)線的延長線上，內(nèi)側(cè)的直線連接在第六微帶線66的底線的中間偏向高端側(cè)線的部位。

本實(shí)施方式中，利用上下兩層貼片2和5之間的相互耦合作用，產(chǎn)生兩個相近的諧振頻率點(diǎn)，從而達(dá)到增加微帶天線頻帶寬度的目的，如能實(shí)現(xiàn)同時接收GPS、北斗二號(BD2)和Galileo的不同頻率的效果，適用范圍廣；

四塊諧振貼片5構(gòu)成的方形微帶天線獲得圓極化波的條件是：

2Δ_s/s＝a₁/a＝1/2Q

其中，Q為介質(zhì)材料的品質(zhì)因數(shù)，但由于天線輻射能量，實(shí)際上Q值要小于理論值，

天線單元諧振長度α近似等于其工作頻率的半波長：

$a=\frac{c}{2f\sqrt{{\mathrm{\ϵ}}_e}}$

式中：f是天線的工作頻率，ε_e是介質(zhì)材料的有效介電常數(shù)，c自由空間的光速；

選擇介質(zhì)基板(下層介質(zhì)7)厚度時，要盡可能地避免激勵高次模，TM和TE模表面波的截止頻率分別為：

n＝0,1,2,…，(TMn模)

n＝0,1,2,…，(TEn模)

f_c代表截止頻率，h是介質(zhì)基板，c是光速，n是模式序號；

根據(jù)上述公式，選用介電常數(shù)ε_r合適的介質(zhì)基片，既能夠使天線的尺寸降低，又能夠保證天線的輻射效率；

單元貼片(諧振貼片5、寄生貼片2)采用雙層貼片結(jié)構(gòu)還有利于減小單個輻射單元的波束寬度，提高微帶天線整體增益并抑制遠(yuǎn)區(qū)副瓣，提升信號接收效果；

本實(shí)用新型通過對雙層貼片采用切角的方式來實(shí)現(xiàn)輻射單元的圓極化工作，饋電設(shè)計中采用微帶線共面饋電方式對諧振貼片5進(jìn)行饋電，采用的這種方式饋電的優(yōu)點(diǎn)是天線結(jié)構(gòu)簡單，有利于與LNA的一體化設(shè)計；同時在陣面饋電方式上采用0°，-90°，-180°，-270°的旋轉(zhuǎn)順序饋電有利于實(shí)現(xiàn)寬帶圓極化的低軸比性能；在尺寸上，本實(shí)用新型的左旋圓極化天線如可做到226mm*266mm*20mm的大小，由于面積小，使用極其方便。

本實(shí)用新型的微帶天線為雙層貼片天線，上層微帶板1與下層微帶板4之間通過絕緣立柱9固定連接，利用兩層貼片之間的相互耦合作用，產(chǎn)生兩個相近的諧振頻率點(diǎn)，達(dá)到增加微帶天線頻帶寬度的目的，從而實(shí)現(xiàn)能同時接收GPS、北斗二號(BD2)和Galileo的不同頻率的效果，適用范圍廣。

本實(shí)施方式的效果歸納如下：

a)輻射單元采用微帶線饋電切角方形貼片，利用正交模式電抗感容差異實(shí)現(xiàn)單元諧振點(diǎn)附近的圓極化；

b)利用單元貼片的沿極化方向的順序旋轉(zhuǎn)，并利用饋電網(wǎng)絡(luò)順序(0°，-90°，-180°，-270°)，實(shí)現(xiàn)寬帶范圍內(nèi)的低軸比；

c)利用雙層貼片技術(shù)方案，實(shí)現(xiàn)天線的寬帶阻抗匹配。

因此，本實(shí)用新型提供的左旋圓極化天線具有增益高、駐波比低、工作帶寬更寬的優(yōu)點(diǎn)。

第一實(shí)施例，

寄生貼片2的整個外形尺寸大于諧振貼片5。

第二實(shí)施例

如圖4所示，第二微帶線62的寬度比第一微帶線61窄，第三微帶線63由寬度不同的兩部分組成，寬的部分與第一微帶線61連接，寬度與第二微帶線62的寬度相同，第四微帶線64的寬度與第三微帶線63的窄的部分的寬度相同，第五微帶線65的寬度與第2微帶線62的寬度相同，第六微帶線66由寬度不同呈L形的兩部分組成，窄的部分的長度大于寬的部分，寬的部分的寬度與第二微帶線62的寬度相同，窄的部分的寬度與第三微帶線63的窄的部分相同，寬的部分與第四微帶線64連接，第七微帶線67的寬度與第2微帶線62的寬度相同。

第三實(shí)施例

下層微帶板4的上表面設(shè)置有低噪聲放大器，低噪聲放大器位于第七微帶線67的外側(cè)直線的外側(cè)，與外側(cè)直線連接。

第四實(shí)施例

上下層微帶板1、4采用羅杰斯(Rogers)4350，下層微帶板4為厚度0.762mm的雙層微帶板，上層微帶板1為厚度1.524mm的單層板，寄生貼片2、諧振貼片5、饋電網(wǎng)絡(luò)6通過腐蝕法制取。

由于上下層微帶板1、4采用羅杰斯(Rogers)4350制成，進(jìn)一步提高了諧振貼片5、寄生貼片2的性能，獲得更高的增益。

圖5是左旋圓極化天線效果的仿真測試圖，由表示駐波比與頻率關(guān)系的曲線a可知，本實(shí)用新型的左旋圓極化天線在GPS和北斗頻點(diǎn)附近駐波比可降低到非常低的程度。理論低頻增益也可得到12.3dB。

另外，低噪聲放大器(LNA)8設(shè)置于下層微帶板4的上表面，與天線陣面一體化設(shè)計，使得LNA盡可能靠近天線輸入口，減小了傳輸路徑損耗，能夠降低饋電網(wǎng)絡(luò)的饋電損耗。

諧振貼片5、寄生貼片2的具體尺寸以及各微帶線的具體寬度、長度、低噪聲放大器(LNA)8的位置可通過仿真確定，也可利用現(xiàn)有的計算方法計算得到，在此就不在贅述。

應(yīng)該注意的是，上述實(shí)施例對本實(shí)用新型進(jìn)行說明而不是對本實(shí)用新型進(jìn)行限制，并且本領(lǐng)域技術(shù)人員在不脫離所附權(quán)利要求的范圍的情況下可設(shè)計出替換實(shí)施例。在權(quán)利要求中，不應(yīng)將位于括號之間的任何參考符號構(gòu)造成對權(quán)利要求的限制。單詞“包括”不排除存在未列在權(quán)利要求中的元件或步驟。位于元件之前的單詞“一”或“一個”不排除存在多個這樣的元件。單詞第一、第二、以及第三等的使用不表示任何順序。可將這些單詞解釋為名稱。