北斗導航系統的“千里眼”

馬麗

【摘要】 作為北斗導航系統的“千里眼”，天線在整個終端設備中發揮著舉足輕重的作用。由于微帶圓極化天線集圓極化天線和微帶天線的優點于一身，因此被廣泛應用于衛星導航系統中。本文簡要介紹了全球衛星導航系統的大體狀況，并全面地分析了衛星導航多頻圓極化天線的實現方法。

【關鍵詞】 北斗 衛星導航 多頻 圓極化 微帶天線

一、引言

近年來，隨著國內“北斗二號”衛星導航系統計劃的啟動，多頻圓極化微帶天線成了終端導航設備的研究熱點。在此筆者對多頻圓極化微帶天線的實現方法做了如下總結。

二、多頻圓極化微帶天線的實現方法

2.1 堆疊結構實現多頻圓極化

CN102904071 A公開了一種L波段三頻圓極化微帶天線，采用上層、中間層、下層金屬輻射片實現了三個頻帶圓極化輻射。英國的Moazam Maqsood等人設計了一款能覆蓋GPS的L1、L2頻段的雙頻圓極化天線。另外，公開號為CN103022663 A、US2006232475 A1、WO2014025277 A1、KR20110089901 A、CA2208606 A1的文獻也公開了采用堆疊結構實現多頻圓極化。

2.2多元法實現多頻圓極化

多元法實現多頻圓極化主要包括兩種方式：一是采用貼片加環的結構實現多頻圓極化，二是采用單層多貼片的結構實現多頻圓極化。通過組合圓形貼片和圓形環或者組合方形貼片和方形環[2]都能實現多頻圓極化特性。中間的貼片和外環分別輻射不同的頻率從而實現多頻圓極化。文獻CN102148428 A、WO2009073431 A1、KR20000046134 A、EP2065974 A1均公開了采用貼片加環的結構實現多頻圓極化。采用雙貼片實現圓極化在國外早有v剎相關技術，通過在同一層設置大小不一的兩貼片可以實現雙頻工作。CN103606745 A公開了一種低剖面緊湊型雙頻段雙極化共口徑微帶天線，通過在微波介質板的上表面設置Ku頻段片和Ka頻段金屬輻射片，使得天線同時覆蓋Ka頻段和Ku頻段。另外，文獻US2008298298 A1、TWI288500B、CN102456947 A等也公開了通過采用單層多貼片結構實現多頻圓極化。

2.3 縫隙加載實現多頻圓極化

很早以前就有人提出通過在環邊緣設置四條縫隙來實現多模雙頻圓極化天線。之后又有人據此結構給出了一種利用方形貼片多模特性實現雙頻圓極化的微帶天線。CN103794846 A公開了一種雙頻圓極化北斗天線，通過采用增寄生單元和在輻射單元上開縫隙的方式實現北斗天線雙頻圓極化的特性。此外，文獻US6424299 B1、IN201400869 I1、TW2005 11650A也公開了采用縫隙加載實現多頻圓極化。

2.4加載臂結構實現多頻圓極化

通過加載臂結構實現多頻圓極化也早有報導，例如利用方形貼片多模特性實現雙頻圓極化，方形貼片中天線的主模是TM10模和 TM30模，在其外周加載臂結構能夠降低這兩種模式的諧振頻率，以實現雙頻圓極化天線的小型化。CN103682612 A公開了北斗系統帶卍字臂閉環耦合調控的矩形開槽雙頻微帶天線，在介質基板的上表面設有矩形貼片，在矩形貼片四邊中點對稱開有矩形槽，每槽寬邊中心處垂直連接耦合臂，延伸到矩形外邊緣后逆時針彎折，形成“卍”字臂加載，加載末端與矩形天線外緣形成容性耦合閉環，從而實現雙頻帶圓極化，可用于北斗衛星導航定位系統中。此外，文獻US2013027253 A1、KR20130025134 A也公開了采用貼片加載臂的結構實現多頻圓極化。

三、 結束語

隨著北斗二代導航系統的逐步完善，衛星導航多頻圓極化微帶天線方面的專利申請也越來越多，本文主要分析并總結了衛星導航多頻圓極化微帶天線的實現方法，能夠對本領域相關研究有所幫助。

參 考 文 獻

[1] Wen Liao， Qing-Xin Chu， Shu Du. A small frequency ratio dual-band circularly polarized microstrip antenna[C]. Microwave Conference， 2009. APMC 2009. Asia Pacific， pp.2798-2801.

[2] Zhi-Hong Tu， Qing-Xin Chu， Shuai Dong. A novel compact single-feed dual-band circular polarization antenna[C]. Microwave Conference， 2008. APMC 2008. Asia-Pacific ， pp.1-4， 16-20.