专利摘要

本发明公开了一种小型化宽波束圆极化天线，其特征在于，所述圆极化天线包括微带贴片天线、介质锥台和金属圆柱，所述介质锥台设置于所述微带贴片天线上表面，金属圆柱嵌入到介质锥台内部。本发明提出的天线与其他宽波束圆极化微带天线相比，结构紧凑、剖面低，具有优良的宽波束辐射特性。本发明及其设计原理可直接用于卫星导航系统的终端用户机以及小型化设计中。

权利要求

1.一种小型化宽波束圆极化天线，其特征在于，所述微带天线包括微带贴片天线和介质锥台，所述介质锥台设置于所述微带贴片天线表面。

2.根据权利要求1所述的小型化宽波束圆极化天线，其特征在于，所述微带贴片天线包括介质基板、辐射贴片、地板和同轴射频连接器，所述地板设置于所述介质基板下表面；所述辐射贴片设置于所述介质基本上表面，并位于所述介质锥台之内；所述同轴射频连接器的芯线穿过所述介质基板与所述辐射贴片焊接，且所述同轴射频连接器的外皮与所述地板焊接。

3.根据权利要求2所述的小型化宽波束圆极化天线，其特征在于，所述介质锥台底部中心与所述辐射贴片中心重合设置。

4.根据权利要求1或2所述的小型化宽波束圆极化天线，其特征在于，所述介质锥台中设有若干金属圆柱。

5.根据权利要求4所述的小型化宽波束圆极化天线，其特征在于，所述若干金属圆柱为圆对称均匀排列且其中心与所述介质锥台的中心共轴。

6.根据权利要求2所述的小型化宽波束圆极化天线，其特征在于，所述辐射贴片形状可为矩形贴片形式或圆形贴片形式或三角形贴片等常规几何形状。

7.根据权利要4所述的小型化宽波束圆极化天线，其特征在于，所述介质锥台的顶部和底部的截面为圆形。

说明书

技术领域

本发明涉及天线技术领域，具体涉及一种小型化、宽波束的高性能导航天线设计，主要用于卫星导航系统地面用户机设备等。

背景技术

卫星导航定位系统具有受昼夜、季节、气象条件等外界条件影响限制较小，导航定位精度高，定位速度快，可靠性高等优点。卫星导航定位技术已基本取代传统无线电导航技术，与移动通讯、互联网一起成为当前全球发展最快的三大信息产业。现阶段主要的卫星导航系统有美国的GPS系统，俄罗斯的GLONASS系统，欧洲的GALILEO系统，中国北斗系统等。

天线是卫星导航定位系统的应用设备最关键的部件之一，终端导航设备在工作时，需要通过天线来接收多颗卫星的导航信号，并通过软件解算才能完成定位、导航功能。而一般卫星信号到达的地面时信号很弱，为了能够接收到更多的卫星的信号，同时获得更好的信噪比，要求终端天线波束覆盖整个上半空间，并且对卫星信号具有均匀的幅度响应，即其方向图具有宽波束特性。

常见的宽波束圆极化天线形式主要有微带天线、十字交叉对称振子天线、双臂及四臂螺旋天线等。微带天线是带有金属接地板的介质基片上贴加导体薄片而形成的天线。常见的微带天线实现圆极化的方法分别是单馈法、多馈法以及多元法。微带天线具有剖面低，易于集成和共形，重量轻，易于实现圆极化及双极、双频或多频工作等特点，在手持型、车载型等终端设备中取得了广泛的应用。

为进一步展宽微带天线的波束宽度，Ka Ming Mak、Kwai Man Luk等人在文献“A Circularly Polarized Antenna With Wide Axial Ratio Beam width”（IEEE TRANSACTIONS ON ANTENNAS AND PROPAGATION,VOL.57,NO.10,2009,pp.3309-3312）利用两个蝴蝶状的贴片构成的对称振子，并结合Wilkinson功分器等幅90°相位差馈电，设计出了宽波束的圆极化天线。

另一方面，C.-W.Su,S.-K.Huang和C.-H.Lee等人在文献“CP microstrip antenna with wide beamwidth for GPS band application”（ELECTRONICS LETTERS,Vol.43,No.20,2007,pp.）中在微带天线的边缘加金属墙结构，并利用台锥结构的地板实现了宽波束圆极化天线。

但是上述提出的宽波束的圆极化微带天线及十字交叉振子天线及四臂螺旋天线等宽波束圆极化天线，结构比较复杂并且体积大，不利于设备的小型化。

发明内容

鉴于现有技术不足，本发明的目的在于解决典型圆极化微带天线低仰角圆极化增益低的问题，提出了一种小型化、低剖面的圆极化微带天线，在改善辐射特性的同时减小天线的结构体积，从而改善卫星导航系统的终端用户机设备的性能，并有利于实现设备的小型化。

需要说明的是，矩形微带天线由介质基片上面的辐射贴片和介质基片的背面为导体接地板构成的天线。微带天线的辐射是由微带天线导体贴片边缘和地面之间的边缘场产生。微带天线具有低剖面、体积小、易于加工等优点，微带天线用于实现圆极化和多频段等应用越来越广泛。微带天线产生圆极化的关键是产生两个极化方向正交、幅度相等、相位相差90°的线极化波。可利用微带贴片形状微扰、缝隙加载、多馈电组合等技术手段实现天线的圆极化。

但对于北斗卫星导航系统地面应用设备所用的导航天线，经典的微带天线不但频带窄，波束宽度仍不能满足要求，需进一步展宽波束宽度。

因此，本发明提出的天线利用经典圆极化微带天线产生圆极化波，并在天线上面覆盖一个介质锥台，利用特殊的介质结构展宽天线的波束宽度。而且，为了进一步展宽了天线的波束宽度，在此基础上在介质锥台内部嵌入了若干金属圆柱。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种小型化宽波束圆极化天线，所述圆极化天线包括微带贴片天线、介质锥台和金属圆柱，所述介质锥台设置于所述微带贴片天线上表面。

需要说明的是，所述微带贴片天线包括介质基板、辐射贴片、地板和同轴射频连接器，所述地板设置于所述介质基板下表面；所述辐射贴片设置于所述介质基本上表面，并位于所述介质锥台之内；所述同轴射频连接器的芯线穿过所述介质基板与所述辐射贴片焊接，且所述同轴射频连接器的外皮与所述地板焊接。

需要进一步说明的是，所述介质锥台底部中心与所述辐射贴片中心重合设置。

需要进一步说明的是，所述介质锥台中设有若干金属圆柱。

需要进一步说明的是，所述若干金属圆柱为圆对称均匀排列且其中心与所述介质锥台的中心共轴。

作为一种优选的方案，所述辐射贴片形状为矩形贴片形式或圆形贴片形式或三角形贴片等常规几何形状。

作为一种优选的方案，所述介质锥台的顶部和底部的截面为圆形。

本发明有益效果在于，与现有的宽波束天线相比，结构简单、紧凑、剖面低，利用介质锥台和金属圆柱加载实现天线的宽波束特性，工程应用前景广阔。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为图1中微带贴片天线结构示意图，其中a为俯视图，b为仰视图；

图3为图1中介质锥台结构示意图，其中a为俯视图，b为仰视图；

图4为本发明提出的天线增益方向示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步的描述。需要说明的是，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

如图1所示，本发明为一种小型化宽波束微带天线，包括所述微带贴片天线1、介质锥台2以及金属圆柱3。所述介质锥台2设置于所述微带贴片天线1表面；在所述微带贴片天线1表面还设有所述辐射贴片12，且所述辐射贴片12的中心与所述介质锥台2的底部的中心重合。作为一种优选的方案，所述微带贴片天线1和所述介质锥台2之间可通过螺丝或者胶粘接。

需要说明的是，当所述介质锥台2不存在的情况下，所述微带贴片天线1辐射出来的电磁波将会以直线传播，形成典型的辐射的方向图。

而本发明中微带贴片天线1辐射出来的电磁波将会经过所述介质锥台2，因此电磁波传播方向发生变化，进一步地，改变所述介质锥台2中的结构参数，如锥台的体积、斜率等，可使该天线方向图发生变化。通过适当调整结构参数使方向图波束宽度得到展宽。为进一步展宽天线的波束宽度，可在所述介质锥台2内部嵌入所述金属圆柱3。

需要进一步说明的是，所述金属圆柱3以辐射贴片12的中心为基准呈现圆对称均匀分布。所述金属圆柱3为一定粗细的金属线，金属线的粗细以及长度都会影响天线的波束宽度，可根据工作频率适当的选择金属圆柱3的结构参数。在实际组装时，可在所述介质锥台2中一上部圆形截面为中心圆对称的均匀的钻孔，孔的直径与所述金属圆柱3的粗细一样，再将所述金属圆柱3插入相应的孔内，从而实现固定。进一步地，为防止所述金属圆柱3晃动，在保证所述介质锥台2上钻的孔的精度的同时，当所述金属圆柱3插入相应的孔之前抹好胶。

如图2a、2b所示，所述微带贴片天线1包括介质基板11、辐射贴片12、地板13和同轴射频连接器14。所述介质基板11具有一定的厚度，可根据天线的带宽及物理尺寸的要求选择合适的尺寸。所述辐射贴片12为切角的正方形贴片，所述辐射贴片12可根据不同的圆极化微带天线方案可采用不同的形状，如：矩形、圆形、三角形等。本发明馈电是通过所述同轴射频连接器14实现的，所述同轴射频连接器14的芯线穿过所述介质基板11焊接在所述辐射贴片12上，所述同轴射频连接器14的外皮与所述地板13焊接在一起。

如图3a、3b所示，所述介质锥台2呈现一个上细下粗的结构，上下截面均为圆形。以上部圆形截面的中心为基准，在一定的半径（根据天线工作频率及波速宽度要求可变化）圆上，钻上圆对称的均匀分布的孔，将所述金属圆柱3插入到相应的孔里面，孔的大小及深度可随所述金属圆柱3的大小变化。所述介质锥台2的结构尺寸，如上下截面的尺寸、高度等，可根据天线的工作频率及波束宽度要求变化。

如图4a、4b所示，分别给出了0°和90°切面（图2a中辐射贴片的中心与同轴射频连接器构成的直线为起点，向逆时针方向旋转）的实测的天线的圆极化增益方向图，图上实线为本发明圆极化增益方向图，虚线为经典圆极化微带天线的圆极化增益方向图，从图4a中看出0°切面本发明的3dB波束宽度约为143°，经典圆极化微带天线3dB波束宽度约为72°，图4b中看出90°切面本发明的3dB波束宽度约为142°，经典圆极化微带天线3dB波束宽度约为72°，本发明波束宽度远大于经典圆极化微带天线。

上述实例只为说明本发明的技术构思及特点，只用于对本发明进行具体的描述，让熟悉该项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明内容所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

一种小型化宽波束微带天线专利购买费用说明

Q：办理专利转让的流程及所需资料

A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。

1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。

2：按规定缴纳著录项目变更手续费。

3：同时提交相关证明文件原件。

4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。

Q:专利著录项目变更费用如何缴交

A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式

Q：专利转让变更，多久能出结果

A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。