本发明涉及馈电天线技术领域，尤其涉及一种汽车导航用馈电天线单元。
背景技术：
由惯性导航系统、无线电高度表和数字地图构成的地形轮廓匹配系统是一种组合导航系统，这种导航系统具有全天候低空导航的优点，在高精度巡航导弹、无人飞机以及低空飞行器应用方面具有广阔的发展前景。北斗卫星导航系统的建设和完善可以使我国摆脱对gps的过度依赖，消除gps干扰或欺骗等隐患，可自由地使用自己的导航定位功能。
因此，将北斗导航与地形轮廓匹配导航组合起来提高导航精度，从而确保系统能够在恶劣环境下继续稳定可靠工作。针对这种背景，本发明提出应用于地形轮廓匹配系统和北斗卫星导航系统的组合导航中的微带天线，该天线工作于北斗b3波段和无线电高度表天线c波段，并且在b3波段实现圆极化，而在c波段实现线极化，且阵列天线与弹体共形，其方向图在方位面实现全向覆盖。本发明主要围绕天线的双频双极化方式以及小型化和共形的问题进行深入研究。
在汽车导航的过程中，汽车导航天线装置在北斗导航中是不可或缺的组件，而在北斗导航的研究开发过程中，天线成为必须解决的关键问题之一。要求天线既不影响其空气动力性能，又不破坏其机械结构和强度。所以，具有低剖面、易集成等突出性能优点的天线阵在汽车上得到广泛应用。
汽车导航天线装置，工作频率较高，尺寸上基本不受限制，相邻单元的弧面间距大于或者接近天线工作频率的半波长。
但是在天线尺寸受限的情况下，相邻单元的弧面间距如果小于半波长，单元间的耦合加剧，天线阵的电压驻波比就会急剧恶化，辐射特性也会有剧烈的起伏，极不稳定。
所以在北斗导航频段，天线尺寸受到共形体锥面表面积的限制，天线的小型化成为设计中的核心问题，而现有的汽车导航天线在使用时，其对外辐射性能较低，因此，急需改进。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种汽车导航用馈电天线单元，通过设置共形阵列天线，其具有良好的双频双极化性能，在方位面上，在低频段能够全向辐射，可以解决背景技术中的问题。
为了解决上述技术问题，本发明提供的汽车导航用馈电天线单元的技术方案具体如下：
本发明实施例公开了一种汽车导航用馈电天线单元，包括圆柱体、天线组件和天线罩，所述天线组件设置有多个，多个所述天线组件贴附于所述圆柱体上，以形成一共形阵列天线，所述天线罩盖设于所述共形阵列天线外侧，以形成所述共形阵列天线的外表面贴附于所述天线罩内壁上。
在上述任一方案中优选的是，多个所述天线组件之间存有间隙。
在上述任一方案中优选的是，所述天线组件的个数为2n个。
在上述任一方案中优选的是，所述天线组件设置有4个或8个或10个或16个。
在上述任一方案中优选的是，所述天线组件包括第一金属地板、第二金属地板、第三金属地板和第四金属地板，且所述第一金属地板、第二金属地板、第三金属地板和第四金属地板一侧贴附于所述圆柱体表面。
在上述任一方案中优选的是，所述的汽车导航用馈电天线单元，还包括安装槽，所述安装槽设置于所述圆柱体外表面，多个所述天线组件安装于所述安装槽内。
在上述任一方案中优选的是，所述天线罩的相对介电常数为1.2。
在上述任一方案中优选的是，所述圆柱体的内表面开设有安装槽，以实现多个所述天线组件贴附于所述圆柱体内表面的安装槽内，该共形阵列天线所共形的圆柱体半径r＝54mm，高度h＝100mm，在圆柱体上挖去厚度为ta＝13mm的一层作为安装槽，用来安置共形阵列天线，共形阵列天线的4个阵元分别为第一金属地板、第二金属地板、第三金属地板和第四金属地板，且所述第一金属地板、第二金属地板、第三金属地板和第四金属地板均匀分布于圆柱体上的安装槽周围，各天线单元对应位置的端口保持等幅同相馈电，对于该阵列天线的设计，首先是加工一个弯曲曲率与底下圆柱曲率相同的金属地板，然后将天线单元固定于该地板之上，最后给天线上方加盖天线罩1，使得加上天线罩1之后的半径保持为54mm，为了减小天线罩对天线性能的影响，选择天线罩的相对介电常数为1.2，所述圆柱体为圆柱金属弹体，圆柱金属弹体及天线罩仍会对天线性能产生一定影响，因此需要对天线尺寸进行调节优化，最后确定的天线尺寸(单位mm)为：l0＝56，l1＝42.4，w1＝45，wd＝2.6，ws＝3，lsx＝11，lsy＝6.5，d＝9.8，dfx＝4.5，dfy＝8.8，dfy2＝5。
在上述任一方案中优选的是，所述天线组件上开设有圆槽，且所述圆槽的宽度可调整。
在上述任一方案中优选的是，所述天线组件上开设有u型槽。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
通过将多个天线组件贴附于圆柱体上，以形成一共形阵列天线，天线罩盖设于共形阵列天线外侧，以形成共形阵列天线的外表面贴附于天线罩内壁上，通过设置共形阵列天线，其具有良好的双频双极化性能，在方位面上，在低频段能够全向辐射。
附图说明
附图用于对本发明的进一步理解，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。
图1是按照本发明汽车导航用馈电天线单元的一优选实施例立体图。
图2是按照本发明汽车导航用馈电天线单元的图1的俯视图。
图3是按照本发明汽车导航用馈电天线单元的图1的拆去天线罩后示意图。
图4是按照本发明汽车导航用馈电天线单元的第一金属地板、第二金属地板、第三金属地板和第四金属地板示意图。
图5是按照本发明汽车导航用馈电天线单元的圆柱体两侧均设置有天线组件示意图。
图6是按照本发明汽车导航用馈电天线单元的底面开槽的宽边耦合滤波器在结构上较为紧凑，且有较好的宽带性能与带外抑制示意图。
图7是按照本发明汽车导航用馈电天线单元的天线示意图。
图中标号说明：
1、天线罩；2、天线组件；21、第一金属地板；22、第二金属地板；23、第三金属地板；24、第四金属地板；3、圆柱体。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示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一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
为了更好地理解上述技术方案，下面将结合说明书附图及具体实施方式对本发明技术方案进行详细说明。
实施例1：
如图1和图2所示，本发明实施例公开了一种汽车导航用馈电天线单元，包括圆柱体3、天线组件2和天线罩1，所述天线组件2设置有多个，多个所述天线组件2贴附于所述圆柱体3上，以形成一共形阵列天线，所述天线罩1盖设于所述共形阵列天线外侧，以形成所述共形阵列天线的外表面贴附于所述天线罩1内壁上。
如图4所示，多个所述天线组件2之间存有间隙，所述天线组件2的个数为2n个，优选的，所述天线组件2设置有4个或6个或8个或10个。
如图2和图4所示，所述天线组件2包括第一金属地板21、第二金属地板22、第三金属地板23和第四金属地板24，且所述第一金属地板21、第二金属地板22、第三金属地板23和第四金属地板24一侧贴附于所述圆柱体3表面。
如图2和图3所示，所述的汽车导航用馈电天线单元，还包括安装槽31，所述安装槽31设置于所述圆柱体3外表面，多个所述天线组件2安装于所述安装槽31内，所述天线罩1的相对介电常数为1.2。
在本发明实施例所述的汽车导航用馈电天线单元中，该共形阵列天线所共形的圆柱体3半径r＝54mm，高度h＝100mm，在圆柱体3上挖去厚度为ta＝13mm的一层作为安装槽31，用来安置共形阵列天线，共形阵列天线的4个阵元分别为第一金属地板21、第二金属地板22、第三金属地板23和第四金属地板24，且所述第一金属地板21、第二金属地板22、第三金属地板23和第四金属地板24均匀分布于圆柱体3上的安装槽31周围，各天线单元对应位置的端口保持等幅同相馈电，对于该阵列天线的设计，首先是加工一个弯曲曲率与底下圆柱曲率相同的金属地板，然后将天线单元固定于该地板之上，最后给天线上方加盖天线罩1，使得加上天线罩1之后的半径保持为54mm，为了减小天线罩1对天线性能的影响，选择天线罩1的相对介电常数为1.2，所述圆柱体3为圆柱金属弹体，圆柱金属弹体及天线罩1仍会对天线性能产生一定影响，因此需要对天线尺寸进行调节优化，最后确定的天线尺寸(单位mm)为：l0＝56，l1＝42.4，w1＝45，wd＝2.6，ws＝3，lsx＝11，lsy＝6.5，d＝9.8，dfx＝4.5，dfy＝8.8，dfy2＝5。
如图3和图4所示，将天线单元弯曲共形之后，其性能会产生一定的变化，为了保证共形阵列天线性能良好，首先对单个天线共形进行研究。该天线主要通过天线贴片单元进行弯曲，以贴合所要共形的圆柱体，所共形的圆柱体半径r＝36mm，给圆柱体挖去厚t＝4mm(即为天线单元的厚度)的安装槽31、高h＝60mm的一层用来安置共形阵列天线。当保持共形阵列天线的参数与上述的平面天线单元的参数一致时，仅将贴片天线单元宽度增量wd进行变化来研究，共形天线单元性能随wd变化的情况。
基于上述的共形天线单元的分析研究，取wd＝5.3mm进行其共形阵列天线的设计。所共形的圆柱半径r＝36mm，整体高度为100mm，给圆柱挖去厚度为t＝4mm、高度为h＝60mm的一层用来安置阵列天线，该阵列天线主要由4个阵元均匀分布于圆柱周围组成，为了简化模型，只给各天线单元对应位置的端口等幅同相馈电，而每个天线单元两个低频端口之间的相位差为90°，由于阵列的天线单元相互之间仍是无法避免地产生影响，因此仍需进一步的调节优化，最后确定的天线尺寸(单位mm)如下：l1＝43，w1＝48.3，wd＝5.3，ws＝3，lsx＝11，lsy＝4.5，d＝9.8，dfx＝6，dfy＝8.8，dfy2＝5.2。
实施例2：
如图5所示，本发明实施例公开了一种汽车导航用馈电天线单元，所述圆柱体3的内表面开设有安装槽31，以实现多个所述天线组件2贴附于所述圆柱体3内表面的安装槽31内，所述天线组件2上开设有圆槽，且所述圆槽的宽度可调整，所述天线组件2上开设有u型槽。
在所述圆柱体3的内表面和外表面均设置共形阵列天线，通过同轴线进行等幅同相馈电，实验发现共形阵列天线之间会产生耦合，特别是对于低频段的结果影响尤其明显，高频段影响不太明显。因此，还需要对共形阵列天线的切角dl以及开槽的槽深ls进行调整，特别是需要加大切角的尺寸dl，使得低频段的反射系数和轴比性能保持良好。最后优化后的天线参数dl＝7mm，ls＝2mm，而其他参数保持不变。
底面开槽的宽边耦合滤波器在结构上较为紧凑，且有较好的宽带性能与带外抑制，如图6所示，上表面两端圆弧状微带线均为1/4中心波长，接地板上在微带线的对应位置开一长度约为1/2中心波长的开口圆槽，与微带线形成宽边耦合结构，调节槽线与微带线的宽度，可以得到不同的宽带，调节微带线与槽长的长度，可以微调中心频点，上表面左右两端微带线为50ω阻抗线。
宽带天线是对基本圆环形天线进行裁剪和增加枝节而成，该天线工作宽度大却具有较小的尺寸，如图7所示，采用与滤波器相同的介质基板，结构参数为：r0＝8.2mm，r0＝2.5mm，1～6所有枝节和槽口的宽度均为0.4mm，1和2的长度为0.8mm，3、4、5的长度为1.5mm，6的长度为0.3mm，共形阵列天线下方的矩形条带为50ω阻抗线，w＝2.8mm，l＝10.3mm，下表面地的长度h＝10mm，槽口宽度w0＝2.5mm，长度l0＝3.6mm。
基于上述的关键设计，最终对4元共形阵列天线进行了仿真优化。结果表明，天线在低频段内的|s11|小于-10db，轴比小于5db，中心频率处方位面轴比小于1db，并且增益都在2db以上，不圆度小于0.5db；在高频段的|s11|小于-10db，中心频率处方位面增益均大于1.6db，不圆度在2.2db以下，且交叉极化增益比主极化增益低了20db以上。证明了该阵列天线具有良好的双频双极化全向辐射性能。
本发明提出了采用单馈点馈电的双层结构来实现天线的双频双极化性能，本发明的关键点主要有，一是合理选择两种不同的相对介电常数的介质板；二是馈电点的位置影响两个频段的阻抗匹配和低频段的圆极化性能；三是对低频贴片进行切角，用来产生圆极化。四是对低频贴片的两个对边开槽，通过调节其尺寸以抵消圆柱共形对天线圆极化性能的影响；五是对高频贴片开u型槽用来调节高频段的阻抗匹配，以及沿电流方向开竖缝以抑制高次模。
本发明实施例中所述的汽车导航用馈电天线单元，采用组合形式的双频双极化共形阵列天线，提出将高频贴片置于低频贴片方形环中间，形成嵌套组合天线的新型结构，从而实现双频双极化。在两个共形阵列天线之间加入金属柱以减少共形阵列天线之间的影响，从而获得较好的辐射性能。此外通过对比天线单元与圆柱共形前后的反射系数和轴比等性能的变化，提出将方形共形阵列天线调整至矩形的改进方法，从而改善了低频段圆极化性能，最后对4元共形阵天线进行仿真优化，该共形阵列天线具有良好的双频双极化性能；在方位面上，在低频段能够全向辐射，但高频段的不圆度达到3.6db，只基本能全向辐射。
本发明实施例中所述的汽车导航用馈电天线单元，采用加载缝隙的双频双极化天线，首先分别设计了单馈和双馈两种形式的双频双极化天线单元，单馈点馈电的天线主要通过调节切角、加载的枝节和缝隙来实现低频段的圆极化性能，由缝隙引入的高频段工作在线极化方式。但由于其低频段内的轴比仅小于7db，且高频段的方向图有缺陷。对于低频段，由两个馈点激励出等幅、相差90°的两个正交模式，通过调节贴片及缝隙的尺寸实现低频段的圆极化；对于高频段，通过加载的缝隙产生线极化性能。该天线在低频段内的轴比小于1.5db，这是同等情况下单馈点馈电难以达到的性能。高频段中心频率处的方向图的主辐射方向在轴向，能够应用于本文所要设计的共形阵列天线从而实现全向辐射。
本发明实施例中所述的汽车导航用馈电天线单元，保持天线单元为平面形状的嵌入式，另一种是将天线单元贴合圆柱面的弯曲式。两种形式的阵列天线在低频段内轴比均小于3db，且中心频率处周向轴比小于1.5db，圆极化性能良好。弯曲式共形阵列天线在低频和高频的方位面的增益都在1.5db以上，不圆度均小于1.5db，表明其全向性能良好，但高频段方向图有较明显的旁瓣。嵌入式在低频增益大于1db，不圆度小于0.5db；而在高频段的不圆度较大，有3.96db，好在增益均在2.3db以上，能满足全向辐射的要求。
本发明实施例中所述的汽车导航用馈电天线单元，采用单馈点馈电的双层结构来实现天线的双频双极化性能。该天线采用上下两层结构，且介质板的介电常数不同，高低频贴片分别位于上下层，方便各自尺寸的调节优化。其中还提出了给低频贴片两边开槽来调节圆柱共形天线的圆极化性能；
给高频贴片开u型槽用来调节高频段的阻抗匹配，以及沿电流方向开竖缝以抑制高次模，设计了4元共形阵列天线，在低频段1.258ghz～1.278ghz具有良好的圆极化性能，在高频段4.3ghz±61.5mhz具有良好线极化性能，且在高低频都满足方位面的全向辐射要求。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
1.一种汽车导航用馈电天线单元，其特征在于：包括圆柱体(3)、天线组件(2)和天线罩(1)，所述天线组件(2)设置有多个，多个所述天线组件(2)贴附于所述圆柱体(3)上，以形成一共形阵列天线，所述天线罩(1)盖设于所述共形阵列天线外侧，以形成所述共形阵列天线的外表面贴附于所述天线罩(1)内壁上。
2.根据权利要求1所述的汽车导航用馈电天线单元，其特征在于：多个所述天线组件(2)之间存有间隙。
3.根据权利要求2所述的汽车导航用馈电天线单元，其特征在于：所述天线组件(2)的个数为2n个。
4.根据权利要求3所述的汽车导航用馈电天线单元，其特征在于：所述天线组件(2)设置有4个或8个或10个或16个。
5.根据权利要求4所述的汽车导航用馈电天线单元，其特征在于：所述天线组件(2)包括第一金属地板(21)、第二金属地板(22)、第三金属地板(23)和第四金属地板(24)，且所述第一金属地板(21)、第二金属地板(22)、第三金属地板(23)和第四金属地板(24)一侧贴附于所述圆柱体(3)表面。
6.根据权利要求5所述的汽车导航用馈电天线单元，其特征在于：还包括安装槽(31)，所述安装槽(31)设置于所述圆柱体(3)外表面，多个所述天线组件(2)安装于所述安装槽(31)内。
7.根据权利要求6所述的汽车导航用馈电天线单元，其特征在于：所述天线罩(1)的相对介电常数为1.2。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的汽车导航用馈电天线单元，其特征在于：所述圆柱体(3)的内表面开设有安装槽(31)，以实现多个所述天线组件(2)贴附于所述圆柱体(3)内表面的安装槽(31)内。
9.根据权利要求8所述的汽车导航用馈电天线单元，其特征在于：所述天线组件(2)上开设有圆槽，且所述圆槽的宽度可调整。
10.根据权利要求8所述的汽车导航用馈电天线单元，其特征在于：所述天线组件(2)上开设有u型槽。
技术总结