本發(fā)明涉及天線技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種低剖面高增益的導(dǎo)航天線。

背景技術(shù)：

AMC：Artificial Magnetic Conductors,人工磁導(dǎo)體。

圓極化天線由于其可以接收任意極化方向的線極化波的工作特性，在航天飛行器、衛(wèi)星通信和導(dǎo)航定位，RFID等領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用。目前已建成運(yùn)行和正在發(fā)展中的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)主要有美國(guó)的全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)(Global Position Systems,GPS)，前蘇聯(lián)的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(Global Navigation Satellite Systems，GLONASS)，歐盟的伽利略(Galileo) 衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)以及由我國(guó)自主研發(fā)的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(BeiDou(COMPASS)Navigation Satellite System)。目前，多模導(dǎo)航天線的主要形式有單饋電結(jié)構(gòu)、雙饋電結(jié)構(gòu)以及四饋電結(jié)構(gòu)。一般的單饋電單層微帶結(jié)構(gòu)例如陶瓷GPS天線，由于其成本低且容易制造而備受青睞，然而，單饋電單層微帶結(jié)構(gòu)天線阻抗帶寬較窄。市場(chǎng)上也有采用多層貼片上下組合疊層結(jié)構(gòu)的微帶天線，貼片的層數(shù)通常與支持的系統(tǒng)相對(duì)應(yīng)，圓極化特性是通過微帶貼片切角，而這種結(jié)構(gòu)的天線雖然駐波帶寬相對(duì)單層貼片結(jié)構(gòu)天線有所拓展，但軸比帶寬仍然較窄。為了展寬天線的圓極化軸比帶寬，天線通過功率分配網(wǎng)絡(luò)移相或電橋來實(shí)現(xiàn)雙饋電結(jié)構(gòu)，運(yùn)用兩個(gè)饋電點(diǎn)提供等幅、相位相差90度的信號(hào)激勵(lì)出兩個(gè)正交的線極化模，從而實(shí)現(xiàn)圓極化工作，借助探針將信號(hào)耦合到輻射片上，以產(chǎn)生較寬的工作帶寬。但是，常用的探針饋電形式會(huì)使寬頻帶天線與多個(gè)其它頻帶的天線共口徑產(chǎn)生較強(qiáng)的互耦，調(diào)試和裝配比較復(fù)雜，配合電橋等元器件使用成本高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的目的是提供一種容易調(diào)試和裝配，且支持多系統(tǒng)低剖面高增益的導(dǎo)航天線。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種支持多系統(tǒng)低剖面高增益的導(dǎo)航天線，包括天線單元、天線支撐架和AMC結(jié)構(gòu)，所述天線單元包括第一介質(zhì)板，所述第一介質(zhì)板的上表面是第一金屬地板，所述第一介質(zhì)板的上表面具有以第一介質(zhì)板中心為中心的中心對(duì)稱空腔圖形，所述第一介質(zhì)板的下表面是表針結(jié)構(gòu)，所述表針結(jié)構(gòu)從空腔圖形中心指向外周，所述表針結(jié)構(gòu)與空腔圖形互補(bǔ)形成類表盤天線單元，所述表針結(jié)構(gòu)包括天線輻射部分和輸入阻抗變換單元，所述輸入阻抗變換單元與天線輻射部分連接，信號(hào)經(jīng)過輸入阻抗變換單元饋入天線輻射部分，所述AMC結(jié)構(gòu)包括第二介質(zhì)板，所述第二介質(zhì)板上表面印制有n×n個(gè)金屬貼片，所述第二介質(zhì)板下表面印制有第二金屬地板，所述天線單元與AMC結(jié)構(gòu)相互平行，所述第一介質(zhì)板中心與第二介質(zhì)板中心重合，所述天線單元和AMC結(jié)構(gòu)之間通過天線支撐架進(jìn)行固定連接。

進(jìn)一步地，所述第一介質(zhì)板和第二介質(zhì)板均是正四邊形板，所述第一介質(zhì)板的面積略小于第二介質(zhì)板的面積。

進(jìn)一步地，所述空腔圖形的形狀是正多邊形、圓形或者環(huán)形。

進(jìn)一步地，所述金屬貼片形狀為正方形、圓形、正方形內(nèi)嵌套圓環(huán)、正方形內(nèi)套十字縫隙或者多層開口圓環(huán)。

進(jìn)一步地，所述第一介質(zhì)板是高頻介質(zhì)復(fù)合材料雙面覆銅板。

進(jìn)一步地，所述第二介質(zhì)板是高頻介質(zhì)復(fù)合材料雙面覆銅板。

進(jìn)一步地，所述天線輻射部分是一對(duì)正交連接L型枝節(jié)。

優(yōu)選的，所述天線支撐架是介電常數(shù)為1的發(fā)泡材料。

進(jìn)一步地，所述天線是通過微帶線對(duì)天線主體饋電。

本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明一種支持多系統(tǒng)低剖面高增益的導(dǎo)航天線的天線單元通過天線支持架與AMC結(jié)構(gòu)固定，與現(xiàn)有技術(shù)相比，降低天線整體剖面高度。本發(fā)明天線單元采用類表盤結(jié)構(gòu)，信號(hào)經(jīng)過輸入阻抗變換單元饋入天線輻射部分，在保證天線低剖面的前提下，有效拓寬了天線的帶寬。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，節(jié)省電橋等元器件，成本低，滿足工作頻段1.2GHz-1.6GHz駐波2以下，實(shí)現(xiàn)GPS、GLONASS、北斗，三個(gè)系統(tǒng)兼容，采用微帶線對(duì)天線主體饋電，容易調(diào)試和裝配，具有低剖面、高增益、超寬帶的特點(diǎn)。

附圖說明

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式作進(jìn)一步說明：

圖1是本發(fā)明一種支持多系統(tǒng)低剖面高增益的導(dǎo)航天線具體實(shí)施例的整體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明一種支持多系統(tǒng)低剖面高增益的導(dǎo)航天線具體實(shí)施例的俯視圖；

圖3是本發(fā)明一種支持多系統(tǒng)低剖面高增益的導(dǎo)航天線具體實(shí)施例的天線單元結(jié)構(gòu)透視圖；

圖4是本發(fā)明一種支持多系統(tǒng)低剖面高增益的導(dǎo)航天線具體實(shí)施例的軸比曲線圖；

圖5是本發(fā)明一種支持多系統(tǒng)低剖面高增益的導(dǎo)航天線具體實(shí)施例的駐波曲線圖；

圖6是本發(fā)明一種支持多系統(tǒng)低剖面高增益的導(dǎo)航天線具體實(shí)施例的增益方向圖。

具體實(shí)施方式

需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請(qǐng)中的實(shí)施例及實(shí)施例中的特征可以相互組合。

圖1是本發(fā)明一種支持多系統(tǒng)低剖面高增益的導(dǎo)航天線具體實(shí)施例的整體結(jié)構(gòu)示意圖，如圖1所述，一種支持多系統(tǒng)低剖面高增益的導(dǎo)航天線，包括天線單元1、天線支撐架2和AMC結(jié)構(gòu)3，所述天線單元1包括第一介質(zhì)板，所述AMC結(jié)構(gòu)3包括第二介質(zhì)板，所述第一介質(zhì)板的面積略小于第二介質(zhì)板的面積，所述天線單元1與AMC結(jié)構(gòu)3相互平行，所述第一介質(zhì)板與第二介質(zhì)板中心重合，所述天線單元1放置在AMC結(jié)構(gòu)3上方，所述天線單元1和AMC結(jié)構(gòu)3之間通過天線支撐架2固定，所述天線支撐架2采用介電常數(shù)為1的發(fā)泡材料，天線支撐架2的高度h=14.4mm。

圖2是本發(fā)明一種支持多系統(tǒng)低剖面高增益的導(dǎo)航天線具體實(shí)施例的俯視圖，如圖2所示，一種支持多系統(tǒng)低剖面高增益的導(dǎo)航天線，天線單元1位于AMC結(jié)構(gòu)3的中心，AMC結(jié)構(gòu)3選取高頻介質(zhì)復(fù)合材料雙面覆銅板作為介質(zhì)板，本實(shí)施例優(yōu)選采用介電常數(shù)為4.4的環(huán)氧樹脂F(xiàn)R-4材料，尺寸為260.24mm*260.24mm、厚度為2mm的方形覆銅板，AMC結(jié)構(gòu)3包括第二介質(zhì)板，所述第二介質(zhì)板上表面印制有n×n個(gè)金屬貼片31，所述金屬貼片31形狀可以是正方形、圓形、正方形內(nèi)嵌套圓環(huán)、正方形內(nèi)套十字縫隙或者多層開口圓環(huán)等等，通過改變正方形的周長(zhǎng)，圓的半徑以及相鄰兩個(gè)金屬貼片31的間距，調(diào)節(jié)AMC結(jié)構(gòu)3的同相反射帶隙的頻段及帶寬，AMC結(jié)構(gòu)3的同相反射帶隙的中心頻率與天線單元1工作頻帶的中心頻率接近或者相同，所述第二介質(zhì)板下表面印制有第二金屬地板。本實(shí)施例采用7×7個(gè)正方形金屬貼片31，所述金屬貼片31的邊長(zhǎng)l=30.8mm，兩相鄰金屬貼片31中心距離M=36.58mm，相鄰兩個(gè)金屬貼片31之間的縫隙是電磁帶隙的縫隙32，所述電磁帶隙的縫隙32的寬度d=5.78mm。通過改變金屬貼片31的周長(zhǎng)以及相鄰兩個(gè)金屬貼片31的間距調(diào)節(jié)AMC結(jié)構(gòu)3的同相反射帶隙的頻段及帶寬，相鄰兩個(gè)金屬貼片31之間的縫隙即電磁帶隙的縫隙32大小影響軸比頻率和深度，同相反射帶隙的中心頻率上升，同相反射帶隙位置向高頻移動(dòng)。

圖3是本發(fā)明一種支持多系統(tǒng)低剖面高增益的導(dǎo)航天線具體實(shí)施例的天線單元結(jié)構(gòu)示意圖，結(jié)合圖2和圖3，天線單元1選取高頻介質(zhì)復(fù)合材料雙面覆銅板作為介質(zhì)板，本實(shí)施例優(yōu)選介電常數(shù)為4.4的環(huán)氧樹脂F(xiàn)R-4材料，尺寸為177mm*212.4mm、厚度為4.72mm的矩形覆銅板，所述天線單元1包括第一介質(zhì)板，第一介質(zhì)板的面積略小于第二介質(zhì)板的面積，所述第一介質(zhì)板上表面為第一金屬地板即互補(bǔ)接地單元14，所述互補(bǔ)接地單元14接入射頻信號(hào)地，所述第一介質(zhì)板的上表面具有以第一介質(zhì)板中心為中心的中心對(duì)稱空腔圖形，所述空腔圖形可以是正多邊形、圓形或者環(huán)形等，本實(shí)施例優(yōu)選邊長(zhǎng)c=63.54mm的正八邊形空腔11，正八邊形的周長(zhǎng)影響天線工作頻率，所述矩形覆銅板中心與上述AMC結(jié)構(gòu)3的方向覆銅板中心重合，所述天線單元1下表面是表針結(jié)構(gòu)，表針結(jié)構(gòu)從正八邊形空腔11中心指向圓周，所述表針結(jié)構(gòu)與正八邊形空腔11互補(bǔ)形成類表盤天線單元，所述表針結(jié)構(gòu)包括天線輻射部分12和兩節(jié)輸入阻抗變換單元13，如圖3所示，輸入阻抗變換單元13與天線輻射部分12連接，利用微帶線對(duì)天線主體饋電，射頻信號(hào)通過兩節(jié)輸入阻抗變換單元13進(jìn)行輸入匹配，通過調(diào)節(jié)兩節(jié)輸入阻抗變換單元13的長(zhǎng)寬尺寸調(diào)整輸入阻抗的大小，改善工作頻率的回波深度和駐波。所述天線輻射部分12為一對(duì)正交連接L型枝節(jié)，通過改變天線輻射部分12兩個(gè)枝節(jié)各自的長(zhǎng)度和寬度調(diào)整正交的兩個(gè)簡(jiǎn)并模式的分離，激勵(lì)電磁波的圓極化方式。

本發(fā)明一種支持多系統(tǒng)低剖面高增益的導(dǎo)航天線在計(jì)算機(jī)上模擬仿真，如圖4至圖6，圖4是本發(fā)明一種支持多系統(tǒng)低剖面高增益的導(dǎo)航天線具體實(shí)施例的軸比曲線圖，圖5是本發(fā)明一種支持多系統(tǒng)低剖面高增益的導(dǎo)航天線具體實(shí)施例的駐波曲線圖，圖6是本發(fā)明一種支持多系統(tǒng)低剖面高增益的導(dǎo)航天線具體實(shí)施例的增益方向圖，仿真結(jié)果顯示，天線中心頻率為1.4GHz，在整體剖面高度接近0.1λ的前提下，阻抗帶寬范圍為1.2GHz至1.6GHz；軸比帶寬：滿足3dB以下的頻段為1.2GHz至1.6GHz，達(dá)到28%，兼顧了天線的低剖面和超帶寬特性，滿足工作頻段1.2GHz至1.6GHz駐波2以下，實(shí)現(xiàn)GPS、GLONASS、北斗這三個(gè)系統(tǒng)兼容。

本發(fā)明一種支持多系統(tǒng)低剖面高增益的導(dǎo)航天線的天線單元通過天線支持架與AMC結(jié)構(gòu)固定，與現(xiàn)有技術(shù)相比，降低天線整體剖面高度。本發(fā)明天線單元采用類表盤結(jié)構(gòu)，信號(hào)經(jīng)過輸入阻抗變換單元饋入天線輻射部分，在保證天線低剖面的前提下，有效拓寬了天線的帶寬。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，節(jié)省電橋等元器件，成本低，滿足工作頻段1.2GHz-1.6GHz駐波2以下，實(shí)現(xiàn)GPS、GLONASS、北斗，三個(gè)系統(tǒng)兼容，采用微帶線對(duì)天線主體饋電，容易調(diào)試和裝配，具有低剖面、高增益、超寬帶的特點(diǎn)。

以上是對(duì)本發(fā)明的較佳實(shí)施進(jìn)行了具體說明，但本發(fā)明創(chuàng)造并不限于所述實(shí)施例，熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員在不違背本發(fā)明精神的前提下還可作出種種的等同變形或替換，這些等同的變形或替換均包含在本申請(qǐng)權(quán)利要求所限定的范圍內(nèi)。