本发明专利技术公开了一种宽频带、小型化、宽波束多模卫星导航天线，包括微带天线馈电网络、位于微带天线馈电网络上方的贴片层，在微带天线馈电网络和贴片层之间设置有短路结构。所述馈电网络采用上下两层印刷版的带线的形式，使用三个传统威尔金森功分器加四分之一波长带状线实现四个等幅90度相差输出。本发明专利技术的有益效果在于：（1）使用新型的小型化技术降低了GNSS天线整体尺寸，只有70mm*70mm*25mm,，使其适合阵列使用；（2）使用空气介质减轻了GNSS天线的重量，增加了天线的辐射效率；（3）本发明专利技术的GNSS天线拥有很好的宽带和宽角轴比特性。
Broadband, compact and wide beam multi-mode satellite navigation antenna
The invention discloses a wideband, miniaturization, wide beam antenna for multi mode satellite navigation system, including patch layer microstrip antenna feed network, located in the top of the microstrip antenna feed network, between microstrip antenna feed network and the patch layer has short circuit structure. The feeding network adopts the form of the upper and lower two printing plates, and uses three traditional Wilkinson power dividers and 1/4 wavelength ribbon lines to realize four equal amplitude 90 degree phase difference outputs. The invention has the advantages that: (1) the use of small new technology to reduce the overall size of the antenna is only 70mm*70mm*25mm, GNSS, making it suitable for array use; (2) reduce the weight of the GNSS antenna using air medium, increase the radiation efficiency of the antenna; (3) GNSS antenna of the invention has good broadband and wide angle axial ratio.
【技术实现步骤摘要】
：本专利技术属于卫星导航领域，涉及一种多模卫星导航天线，尤其是一种宽频带、小型化、宽波束多模卫星导航天线。
技术介绍
：随着卫星导航技术的快速发展，许多国家都建立了自己的卫星导航系统，比如美国的GPS，俄罗斯的GLONASS，均已广泛应用。欧洲的Galileo和中国的北斗Compass也已开通服务，未来的卫星导航系统为了解决单一系统覆盖盲区的问题，将会采用多种卫星导航体质兼容的模式。采用这种模式的系统被称为全球卫星导航系统（GlobalNavigationSatelliteSystem，GNSS）。天线作为卫星导航系统至关重要的组成部分，其直接对导航系统的性能起着决定性作用。因此，宽带多模导航天线(GNSS天线)成为了研究热点。与此同时，卫星导航也存在着致命弱点——易受干扰，所以近些年导航自适应阵列天线因其抗干扰能力也得到了很大的关注，导航自适应阵列天线采用阵列天线的形式，并通过自适应抗干扰算法控制天线阵列权值，使其方向图在干扰来向产生零陷，以此加强导航接收信号信噪比，达到抗干扰效果。但是在实际工程当中得到的结果和MATLAB仿真结果有较大差别，这主要是因为两天原因，1、在自适应抗干扰算法MATLAB仿真中，天线阵列单元被假设为理想全向点源，阵列单元大小被忽略，实际的天线单元总有一定的体积，它们并不能被假设成理想点源。2、天线单元之间存在较大互耦使得方向图和天线端口出现误差。因此在目前技术水平下，减小单元尺寸变成了一种有效的解决方法，这种设计可以大大减小天线阵列的设计难度，使天线单元更接近理想点源，并减小天线单元间的互耦，使实际工程当中自适应阵列发挥其应有的抗干扰性能。因此本专利旨在设计一种小型化的全频带卫星导航（GNSS）天线单元。目前在所发表的文献中GNSS天线多使用的是多馈圆极化微带天线的形式，多馈圆极化天线指的是采用移相器或者功分器作为馈电网络，使得能量由一个端口输入经过馈电网络后变成四个等幅90度相差的输出，从而实现圆极化电磁波辐射。采用这种形式主要有两点原因，首先，多馈形式的圆极化天线相比单馈圆极化天线能获得和阻抗带宽相当的较大的圆极化轴比带宽；其次，微带天线虽然阻抗带宽较窄，但是非常容易实现小型化，并且通过增加天线高度的方法可以对带宽进行补偿。虽然相比其他形式的GNSS天线（交叉对称阵子、四臂螺旋天线）多馈圆极化微带天线尺寸已经有所减小，但是相对于阵列的使用尺寸依然偏大，例如文献[1、Z.B.Wang,S.J.Fang,\Dual-BandProbe-FedStackedPatchAntennaforGNSSApplications,\IEEEAntennasWirelessPropag.Lett.,vol.8,pp.100–103,2009.]中提出的多馈圆极化微带GNSS天线，尺寸达到了100mm*100mm，文献[2、X.Li,L.Yang,\NovelDesignofBroadbandStripLinesFedPatchAntennaforGNSSApplication,\MicrowaveOptTechnolLett55(2013),2062–2066.]提出了一种小型化的GNSS天线，天线尺寸减小到了80mm*80mm，但是此天线为了获得足够的带宽和小型化，采用了非常厚（30mm）的fr4材料作为介质基片，这使得天线高度过高重量过大，除此之外非常高的天线总高度还导致了严重的表面波，这会加剧天线阵列之间的互耦从而影响自适应阵列天线的性能。所以综上所述，目前现有的以单一使用为目的的GNSS天线均不能满足阵列使用的要求。
技术实现思路
：本专利技术的目的在于针对现有GNSS天线存在的尺寸过大、介质过厚、重量过重、不能使用于阵列等问题，提供一种新型宽带耦合短路墙加载小型化方法并将此方法应用于GNSS天线，提出了一种尺寸更小、重量轻，成本低，低剖面、并且各项技术指标（带宽、轴比带宽、宽角轴比）均满足要求的目前为止尺寸最小的GNSS天线。本专利技术的目的是通过以下技术方案来解决的：一种宽频带、小型化、宽波束多模卫星导航天线，包括微带天线馈电网络、位于微带天线馈电网络上方的贴片层，在微带天线馈电网络和贴片层之间设置有短路结构。所述馈电网络采用上下两层印刷版的带线的形式，使用三个传统威尔金森功分器加四分之一波长带状线实现四个等幅90度相差输出。所述馈电网络包括四个输出端口，四个输出端口通过L探针对上半部分的贴片进行耦合馈电，四个L探针的垂直部分使用直径1.2mm的金属铜柱，水平金属部分印刷在上层介质板的背面，贴片印刷在上层介质板正面。所述短路结构分成水平部分和垂直部分，水平部分包括四个长方形金属短路带，垂直部分包括四个金属短路墙，贴片通过四个短路带耦合到中间部分的四个垂直摆放的金属短路墙上，短路墙短路到天线下半部分的地板。本专利技术的有益效果在于：（1）使用新型的小型化技术降低了GNSS天线整体尺寸，只有70mm*70mm*25mm,，使其适合阵列使用（2）使用空气介质减轻了GNSS天线的重量，增加了天线的辐射效率（3）仿真和实测数据证明，本专利设计的GNSS天线拥有很好的宽带和宽角轴比特性，天线仿真使用的是AnsoftHFSS13仿真软件有限元算法，天线实测使用的是矢量网络分析仪和微波暗室中的天线近场测试系统。测量结果如附图中所示。天线的实测和仿真驻波比对比如图6所示，实测和仿真增益圆极化轴比对比如图7所示，天线仿真辐射效率如图8所示，天线仿真和实测轴比方向图对比如图9（a）（b）所示，天线实测归一化方向图如图10（a）（b）所示。附图说明：图1为本专利技术的带线馈电网络结构示意图；图2为本专利技术的天线俯视图；图3为本专利技术的天线侧视图；图4为短路带长度L2和天线输入阻抗实部关系图。图5为天线输入阻抗和耦合缝隙长度L3关系图；图6为天线驻波比仿真实测对比；图7为天线仿真实测增益和轴比带宽对比图；图8为天线辐射效率仿真结果图；图9（a）为天线xz面轴比方向图仿真实测对比图；图9（b）天线yz面轴比方向图仿真实测对比图；图10（a）天线xz面实测归一化方向图；图10（b）天线yz面实测归一化方向图；其中：1为端口一；2为端口二；3为端口三；4为端口四；5为端口五；6为威尔金森功分器；7为上半部分；8为短路墙；9为短路金属带；10为耦合缝隙；11为L探针；12为贴片；13为空气介质；14为带线馈电网络；15为下半部分。具体实施方式：下面结合附图对本专利技术做进一步详细描述：参见图1-10，本专利的整体技术方案思路如下：如果将文献[2]中多馈圆极化微带GNSS天线中30mm厚的FR4介质板去掉换成20mm厚的空气介质以减轻天线重量和高度，这样做的后果就是天线的小型化难以实现，于是本专利专利技术了一种宽带耦合短路加载小型化技术并将此技术应用于GNSS天线，使GNSS天线的体积进一步缩小，于此同时宽带的耦合短路加载墙技术使得天线在天线体积缩小高度减小的情况下保持带宽满足本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种宽频带、小型化、宽波束多模卫星导航天线，其特征在于：包括微带天线馈电网络、位于微带天线馈电网络上方的贴片层，在微带天线馈电网络和贴片层之间设置有短路结构。
【技术特征摘要】
1.一种宽频带、小型化、宽波束多模卫星导航天线，其特征在于：包括微
带天线馈电网络、位于微带天线馈电网络上方的贴片层，在微带天线馈电网络和
贴片层之间设置有短路结构。
2.如权利要求1所述宽频带、小型化、宽波束多模卫星导航天线，其特征
在于：所述馈电网络采用上下两层印刷版的带线的形式，使用三个传统威尔金森
功分器加四分之一波长带状线实现四个等幅90度相差输出。
3.如权利要求2所述宽频带、小型化、宽波束多模卫星导航天线，其特征
在于：所述馈电网络包括...
【专利技术属性】
技术研发人员：孙超，郑会利，栗曦，丁昱智，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61
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