一种抗干扰微带阵列天线的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于卫星导航技术领域，特别是涉及一种抗干扰微带阵列天线，适用于北 斗卫星导航系统，也适用于包括美国的GPS系统、欧洲的伽利略系统、俄罗斯的GLONASS系 统在内的各种导航卫星系统。
【背景技术】
[0002] 中国北斗卫星导航系统是继美国GPS和俄罗斯GLONASS之后第三个成熟的全球卫 星定位与通信系统。系统由空间端、地面端和用户端组成，可在全球范围内为各类用户提 供高精度、高可靠定位、导航、授时服务，并具短报文通信能力，可应用于航海、航空、测量测 绘、精密定位等民用领域以及行业领域。目前，美国GPS系统，俄罗斯GLONASS系统，中国的 北斗系统均采用圆极化波的形式发射卫星信号。圆极化波具有多种优点，例如可以通过左 右旋圆极化实现收发信号的隔离，方便车辆船舶在运动的情况下接收，还方便导航卫星和 附近同轨道非导航卫星实现极化兼容。
[0003] 由于卫星信号落地功率非常微弱，很容易受到外界信号干扰，因此卫星导航接收 设备的抗干扰性能是其关键指标之一。若卫星导航接收设备的抗干扰能力不够，可能导致 接收设备在复杂电磁环境下不能正常工作。目前基本上采用阵列天线技术和自适应波束形 成算法结合，来消除压制性干扰信号，还原出可用的卫星导航信号，从而提高卫星导航接收 机抵抗复杂电磁干扰的能力。
[0004] 现有技术中，卫星导航微带阵列天线一般由多个矩形微带天线阵元按照一定的布 局排列方式组成。天线阵元之间电性能越一致，卫星导航微带阵列天线的电性能越好。和 北斗二代BPSK调制相比，北斗三代B0C调制的带宽增加了一倍，因此卫星导航微带阵列天 线对带宽要求更高。而矩形微带阵列天线工作带宽比较窄，只适用于北斗二代二进制调相 (BPSK)的调制方式，难以满足北斗三代使用二进制偏移载波（B0C)调制方式对带宽的要 求。
【发明内容】
[0005] 本发明针对普通矩形微带阵列天线存在带宽较窄的不足，提出一种抗干扰微带阵 列天线，尤其适用于北斗三代卫星导航系统，采用椭圆形微带天线阵元，使阵元之间的互耦 很低，有效提高阵列天线的抗干扰能力；并且和普通矩形微带阵列天线相比，带宽提高一倍 以上，完全满足北斗三代B0C调制方式的要求。
[0006] 本发明的技术方案是：
[0007] 1. -种抗干扰微带阵列天线，其特征在于，包括N个微带天线阵元、介质基板和金 属反射底板，所述微带天线阵元按一定间距排列在介质基板的上面，金属反射底板设置于 介质基板的下面；所述微带天线阵元的形状为椭圆形，用于辐射出圆极化波，所述微带天线 阵元上设置同轴馈电点，用于馈入电磁波信号。
[0008] 2.所述金属反射底板设置于介质基板的下表面或距离介质基板的下表面有一定 的距离；所述椭圆形微带天线阵元设置于介质基板的上表面。
[0009] 3.所述椭圆形微带天线阵元的短轴的长度约为(0.25幻/Vf，长轴与短轴之差为 (0.00W(〇.〇25幻/|之间；其中，1入为天线工作中心频点在自由空间中的一个波 长，ε为介质基板的介电常数。
[0010] 4.所述馈电点设置在椭圆形微带天线阵元的长轴和短轴的角平分线上。
[0011] 5.所述馈电点到椭圆形微带天线阵元中心距离在(O.U)/、/7的基础上进行微调， 微调范围一般不超过20% ;1λ为天线工作中心频点在自由空间中的一个波长，ε为介质 基板的介电常数。
[0012] 6.所述介质基板厚度的范围选择在0. 01λ~〇. 15λ之间，以提高天线的福射效 率和工作带宽。
[0013] 7.所述微带天线阵元和金属反射底板之间也可以使用空气充当介质基板。
[0014] 8.所述微带天线阵元的排列方式为圆形阵列形式，所述微带天线阵元包括一个主 阵元，其余为辅助阵元，所述主阵元位于金属反射底板对应的中心位置，所述辅助阵元分布 在主阵元周围。
[0015] 9.所述辅助阵元在以主阵元为中心的一个同心圆上等间距分布。
[0016] 10.所述主阵元中心与辅助阵元中心之间的距离优选为1/2λ，其中，1λ为天线 工作中心频点在自由空间中的一个波长。
[0017] 11.所述主阵元中心与辅助阵元中心之间的最小距离为1/4λ，其中，1λ为天线 工作中心频点在自由空间中的一个波长。
[0018] 12.所述微带天线阵元的排列方式为正方形阵列形式，所述微带天线阵元包括4 个阵元，4个阵元的中心构成一个正方形，所述正方形的中心对应于金属反射底板的中心位 置，正方形的边长最优距离为1/2λ，最短距离为1/4λ，其中，1λ为天线工作中心频点在 自由空间中的一个波长。
[0019] 本发明的技术效果：
[0020] 本发明提出的一种抗干扰微带阵列天线，尤其适用于北斗三代卫星导航系统，由 多个微带天线阵元组成，微带天线阵元采用椭圆形微带辐射方式，使阵元之间的互耦很低， 有效提高了阵列天线的抗干扰能力；并且，和普通矩形微带阵列天线相比，带宽提高一倍以 上，完全能满足北斗三代B0C调制方式的要求。
[0021] 1.本发明的微带天线阵元采用椭圆形金属辐射板，短轴的长度约为(Q.25i)/$5 长轴与短轴之差为(0.005/0/V7~(0.025/:)/之间；其中，1λ为天线工作中心频点在自 由空间中的一个波长，ε为介质基板的介电常数；和普通矩形微带天线阵元相比，具有尺 寸小，带宽宽的特点；本发明的椭圆形微带阵列天线的相对带宽（即天线带宽/天线中心频 率）为8%;而矩形微带阵列天线相对带宽仅为3. 5%，普通矩形微带阵列天线相比，带宽提 高了一倍以上，以Β3频点为例，本发明的椭圆形微带阵列天线中心频点为1268. 52MHz，相 对带宽为8 %，即101MHz，完全满足北斗三代B0C调制方式40. 96MHz带宽的要求，特别适合 于北斗三代卫星导航系统。正因为如此，由于本发明的阵列天线带宽约为所需带宽的2倍， 在设计上有较多余量，所以在批量生产中，能够允许相对较多的加工尺寸公差，材料介电常 数公差等，降低了批量生产的难度和成本。
[0022] 2.本发明的圆极化微带天线阵元是右旋圆极化，还是左旋圆极化，是由椭圆形长 轴、短轴和馈电点之间的相对位置确定的。本发明的圆极化微带天线的馈电点在X轴和Y轴 的45度角平分线上时，天线轴比最好。X轴为椭圆长轴，Y轴为椭圆短轴情况下；馈电点在 1，3象限X轴和Y轴的45度角平分线上，天线为左旋圆极化天线；馈电点在2, 4象限X轴和 Y轴的45度角平分线上，天线为右旋圆极化天线。Y轴为椭圆长轴，X轴为椭圆短轴情况下； 馈电点在1，3象限X轴和Y轴的45度角平分线上，天线为右旋圆极化天线；馈电点在2, 4 象限X轴和Y轴的45度角平分线上，天线为左旋圆极化天线。本发明的圆极化微带天线阵 元的相对带宽为8%，法向轴比为2,对使用环境中的多径反射波有出色的抑制能力。（右旋 圆极化信号的多径反射波为左旋圆极化波，理想的右旋圆极化天线不能接受左旋极化波）。
[0023] 3.本发明的阵列天线，采用多个微带天线阵元组成。天线阵元采用椭圆形微带辐 射方式，和普通矩形微带天线阵元相比，阵元之间的互耦较低。阵元的互耦定义为一个阵元 接收到的信号，通过阵元之间的相互作用，传递到其他阵元。低互耦的椭圆形微带天线阵元 可以在主阵元和辅助阵元之间的间距较小时，减轻互耦对天线阵列电性能的影响。
【附图说明】
[0024]图1为本发明的抗干扰微带阵列天线阵元结构示意图。
[0025]图2为本发明的抗干扰微带阵列天线阵元的驻波图。
[0026]图3为本发明的抗干扰微带阵列天线阵元的方向图。
[0027] 图4a为本发明的抗干扰微带阵列天线四阵元布局示意图之一。
[0028] 图4b为本发明的抗干扰微带阵列天线四阵元布局示意图之二。
[0029] 图5为本发明的抗干扰微带阵列天线五阵元布局示意图。
[0030]图6为本发明的抗干扰微带阵列天线六阵元布局示意图。
[0031]图7为本发明的抗干扰微带阵列天线七阵元布局示意图。
[0032]图8为本发明的抗干扰微带阵列天线八阵元布局示意图。
[0033]附图标记列示如下：1-金属反射底板，2-馈电点，3-介质基板，4-金属辐射板。
【具体实施方式】
[0034] 以下结合附图对本发明的实施例做进一步的详细说明。
[0035] -种抗干扰微带阵列天线，包括N个微带天线阵元、介质基板和金属反射底板，微 带天线阵元按一定间距排列在介质基板的上面，金属反射底板设置于介质基板的下面；微 带天线阵元的形状为椭圆形，用于辐射出圆极化波，微带天线阵元上设置同轴馈电点，用于 馈入电磁波信号。
[0036] 如图1所示，是本发明的抗干扰微带阵列天线阵元结构示意图。包括金属辐射板 4、介质基板3和金属反射底板1;金属福射板4和金属反射底板1分别设置于介质基板3的 上面和下面；金属辐射板4的形状为椭圆形，用于辐射出圆极化波；在金属辐射板4上设置 同轴馈电点2,用于馈入电磁波信号。本实施例的介质基板3和金属反射底板1为圆形，金 属反射底板1设置于介质基板3的下表面，也可以距离介质基板3的下表面有一定的距离； 金属福射板4设置于介质基板3的上表面，金属福射板4和介质基板3可以在金属反射底 板1的边角、中心或任何地方，本实施例中，金属辐射板4和介质基板3位于金属反射底板 1的中心。本实施例的椭圆形金属辐射板4的短轴的长度约为(0.25i)/V^_,长轴与短轴之 差为(0.005乃~<:0.02W)/V7之间；其中，1λ为天线工作中心频点在自由空间中的一 个波长，ε为介质基