一种用于北斗卫星通信的双频单极子天线

技术领域

本申请涉及天线技术领域，特别是涉及一种用于北斗卫星通信的双频单极子天线。

背景技术

通信技术是现代科技中发展速度最为迅猛的方向之一。天线作为通信前端，它既是信号的辐射源，也是空间中无线电波的接收工具，因而应用十分广泛，雷达、卫星、Wi-Fi、基站等，都离不开天线。

随着技术的发展，天线技术日新月异，各种天线结构层出不穷。作为我国自主研发的全球定位系统，北斗全球定位系统在我们的日常生活中占据重要的地位，不仅仅运用在军事对抗中，也出现在日常的汽车导航、短报文通信、减灾救灾和智慧农业中。对于北斗系统而言，发射和接收信号的天线无疑至关重要。为了达到高效安全的应用标准，这必然对天线提出了更严格的要求。其中，高数据速率和大系统容量作为无线通信系统一直追求的目标得到了研究人员的广泛研究。

现有技术中，为了实现宽带，用于北斗卫星通信的天线常用的方法包括：增加天线的高度，采用空气介质、L探针馈电、贴片挖槽等等。

然而，上述技术方法往往会以牺牲天线的体积以及设计难度为代价，天线尺寸较大，难以实现天线的小型化，而且一般带宽较窄，低频增益较低。

发明内容

基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种用于北斗卫星通信的双频单极子天线，能够拓展带宽、提高增益，并提升导航定位的精度。

一种用于北斗卫星通信的双频单极子天线，包括：从上到下依次相叠的辐射层、介质层以及地板层；

所述辐射层包括：辐射贴片以及微带线；

所述辐射贴片包括：均为矩形结构的第一部分、第二部分以及第三部分；

所述微带线的一端与所述介质层的一边相连，另一端与所述第一部分的一边相连，所述微带线与所述第一部分均关于所述介质层的一个对称轴呈轴对称分布；所述第一部分、所述第二部分以及所述第三部分依次相连并形成“U”字形结构；

所述介质层以及所述地板层为等大的正方形结构。

在一个实施例中，所述第一部分中远离所述微带线的一边与所述第二部分抵接，以使所述第一部分的一边与所述第二部分的一边共线，并使所述第一部分与所述第二部分共同形成“L”形结构。

在一个实施例中，所述“U”字形结构的开口方向与所述微带线的长度方向垂直。

在一个实施例中，所述第二部分中远离所述微带线的边与所述微带线的距离大于所述第三部分中远离所述微带线的边与所述微带线的距离。

在一个实施例中，所述辐射贴片还包括：过渡部分；

所述过渡部分为矩形结构，且所述过渡部分的一组对边分别与所述微带线的一边以及所述第一部分的一边共线，以进行阻抗匹配。

在一个实施例中，所述地板层上设有圆形的加载槽；

所述加载槽的圆心与所述地板层的中心重合。

在一个实施例中，所述地板层上还设有加载枝节；

所述加载枝节为“L”形结构，且所述加载枝节的一端与所述加载槽的边缘相连，另一端向所述加载槽中延伸。

在一个实施例中，所述加载枝节包括：第一部件以及第二部件；

所述第一部件与所述第二部件相连，且均为条状结构；所述第一部件与所述第二部件的长度方向分别与所述介质层的一组相邻边平行。

在一个实施例中，所述加载枝节设在远离所述微带线的一侧，且所述加载枝节的尖端同时朝向所述微带线的方向以及所述“U”字形结构的开口方向。

在一个实施例中，所述介质层包括：从上到下依次相叠且等大的第一介质板、第二介质板以及第三介质板；

所述辐射层设在所述第一介质板的顶部，所述地板层设在所述第三介质板的底部。

上述一种用于北斗卫星通信的双频单极子天线，拓展了北斗卫星通信天线的带宽，天线的工作频段覆盖了北斗系统的L和S频段，具有双频段特性和良好的阻抗匹配性能，各工作频段最大辐射方向增益均为5dB左右，剖面低，结构简单，能够满足小型化的产品需求。

附图说明

图1为一个实施例中一种用于北斗卫星通信的双频单极子天线的整体示意图；

图2为一个实施例中一种用于北斗卫星通信的双频单极子天线的俯视图；

图3为一个实施例中一种用于北斗卫星通信的双频单极子天线的仰视图；

图4为一个实施例中一种用于北斗卫星通信的双频单极子天线的侧视图；

图5为一个实施例中一种用于北斗卫星通信的双频单极子天线的俯视尺寸图；

图6为一个实施例中一种用于北斗卫星通信的双频单极子天线的仰视尺寸图；

图7为一个具体实施例中一种用于北斗卫星通信的双频单极子天线的弯曲示意图；

图8为一个具体实施例中一种用于北斗卫星通信的双频单极子天线在各种状态下的S11曲线图；

图9为一个具体实施例中一种用于北斗卫星通信的双频单极子天线的各频段最大辐射方向增益曲线图；

图10为一个具体实施例中一种用于北斗卫星通信的双频单极子天线的1.561GHz时E面和H面的方向图；

图11为一个具体实施例中一种用于北斗卫星通信的双频单极子天线的1.615GHz时E面和H面的方向图；

图12为一个具体实施例中一种用于北斗卫星通信的双频单极子天线的2.49GHz时E面和H面的方向图。

附图标记：

第一介质板1，微带线2，过渡部分3，第一部分4，第二部分5，第三部分6，加载枝节7，地板层8，加载槽9，辐射层10，第二介质板11，第三介质板12。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

需要说明，本申请实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，在本申请中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本申请的描述中，“多组”的含义是至少两组，例如两组，三组等，除非另有明确具体的限定。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接，还可以是物理连接或无线通信连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

另外，本申请各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本申请要求的保护范围之内。

本申请提供了一种用于北斗卫星通信的双频单极子天线，如图1至图4所示，在一个实施例中，包括：辐射层、介质层以及地板层，辐射层、介质层以及地板层从上到下依次相叠，且介质层以及地板层为等大的正方形结构。

辐射层包括：辐射贴片以及微带线。

辐射贴片用于向外部空间辐射射频信号，包括：第一部分、第二部分以及第三部分，优选地，辐射贴片包括：第一部分、第二部分、第三部分以及过渡部分，第一部分、第二部分、第三部分以及过渡部分均为矩形结构。

过渡部分的一组对边分别与微带线的一边以及第一部分的一边共线，以进行阻抗匹配。

第一部分的一边与过渡部分相连，另一边与第二部分相连。

第二部分的一边与第一部分相连，另一边与第三部分相连。

第三部分的一边与第二部分相连。

微带线用于接收输入端口馈入的射频信号，具体可以由50欧姆微带线构成，一端与介质层的一边相连，另一端与过渡部分的一边相连。

介质层包括：第一介质板、第二介质板以及第三介质板，第一介质板、第二介质板以及第三介质板从上到下依次相叠且等大；辐射层设在第一介质板的顶部，地板层设在第三介质板的底部，第一介质板和第三介质板通过第二介质板粘合。优选地，介质层选用柔性材料，以构成柔性天线。进一步优选地，介质层选用聚酰亚胺(PI)和羊毛毡材料，结构柔软可折叠，以使天线可以共形在一个固定形状的表面上，例如人体、飞机、导弹，且不会破坏载体的结构和特性。

地板层上设有加载槽以及加载枝节。

加载槽为圆形，且加载槽的圆心与地板层的中心重合。

加载枝节为“L”形结构，加载枝节的一端与加载槽的边缘相连，另一端向加载槽中延伸。加载枝节设在远离微带线的一侧，且加载枝节的尖端同时朝向微带线的方向以及“U”字形结构(第一部分、第二部分以及第三部分依次相连并形成“U”字形结构)的开口方向。加载枝节包括：第一部件以及第二部件，第一部件与第二部件相连，且均为条状结构；第一部件与第二部件的长度方向分别与介质层的一组相邻边平行，其中，第一部件的长度方向与微带线的长度方向平行，第二部件的长度方向与微带线的长度方向垂直。

在本实施例中，微带线、过渡部分以及第一部分均关于介质层的同一个对称轴呈轴对称分布，以实现更好的阻抗匹配，能量损失少；第一部分、第二部分以及第三部分依次相连并形成“U”字形结构；第一部分中远离微带线的一边与第二部分抵接，以使第一部分的一边与第二部分的一边共线，并使第一部分与第二部分共同形成“L”形结构；“U”字形结构的开口方向与微带线的长度方向垂直，第二部分中远离微带线的边与微带线的距离大于第三部分中远离微带线的边与微带线的距离，也就是说，第二部分与第三部分形成了台阶状结构。

还需要说明，第三部分沿长度方向(即：微带线长度方向的垂直方向)的对称轴与第二部件中靠近微带线的边共线，以进一步拓展带宽并提高增益。

上述一种用于北斗卫星通信的双频单极子天线，设计了带开路枝节的辐射贴片结构，并设计了具有“L”形加载枝节的缺陷地结构，能够在原有天线的谐振频率周围增加多个谐振点，有效组合了多个谐振模式，从而拓展了北斗卫星通信天线的带宽，并在保证低剖面的前提下实现了较高的增益，天线的工作频段覆盖了北斗系统工作频带的B1、L和S频段，即1.516GHz、1.615GHz和2.491GHz频段，具有双频段特性和良好的阻抗匹配性能，各工作频段最大辐射方向增益均为5dB左右，带宽大、增益高、剖面低、易共形、结构简单，能够满足小型化的产品需求，可以很好地运用于北斗终端组件。

在一个具体的实施例中，介质层的尺寸为100mm*100mm，第一介质板以及第三介质板的材质为聚酰亚胺(PI)，相对介电常数为3.5，损耗角正切为0.008，厚度0.11mm，第二介质板的材质为毛毡，相对介电常数为1.19，损耗角正切为0.0011，厚度1.42mm；微带线的尺寸为23.5mm*5mm，过渡部分的尺寸为14mm*3mm，第一部分的尺寸为30mm*13mm，第二部分的尺寸为25*20mm，第三部分的尺寸为15mm*5mm，第一部分与第三部分之间的距离为18mm；加载槽的半径为33mm，加载枝节的第一部件的宽度为10mm，第一部件中两条平行边与加载槽圆心的距离分别为28mm和18mm，加载枝节的第二部件的尺寸为29mm*8mm，第二部件与加载槽圆心的距离为10mm。如图5所示的俯视尺寸图以及图6所示的仰视尺寸图。

对天线进行弯曲，得到如图7所示的弯曲示意图，R为弯曲半径。

对本实施例进行仿真，结果如图8至图12所示。

由图8可以看出，天线在不同弯曲程度情况下，S11参数表现比较稳定，工作带宽覆盖了1.44GHz～1.84GHz和2.14～3GHz。

由图9可以看出，在工作频带内，天线的极值增益稳定在5dBi左右，具有较好的辐射特性。

由图10至图12可以看出，辐射方向图呈“8”字型，所设计天线具有很好的双向辐射特性。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。