CN101060199A - 一种紧凑、叠层结构收发一体微带天线的设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种紧凑、叠层结构收发一体微带天线的设计方法，其主要包括以下步骤：(1)对天线整体结构进行建模和仿真，获得天线的关键性能参数；(2)根据实际需要确定/调整上层天线辐射体及其馈电部分的位置，在下层天线辐射体上增加补偿条带，确定天线的精确尺寸，使得天线轴比性能和低仰角增益达到最优值；(3)在公共地板下增加金属底座。

Description

一种紧凑、叠层结构收发一体微带天线的设计方法

技术领域

本发明涉及一种紧凑、叠层结构收发一体微带天线的设计方法。

背景技术

卫星导航定位系统的应用已经十分广泛，我们应用卫星导航定位信号可以进行海、空和陆地的导航，导弹的制导，大地测量和工程测量的精密定位，时间的传递和速度的测量等。卫星导航的用户终端设备体积越来越小，要求天线向小型化发展。

目前所卫星导航终端使用的天线在实际设计中普遍存在一些问题。第一，天线的低仰角增益和轴比性能较差，当天顶角附近的导航卫星很少时，这样就需要天线有好的低仰角增益和轴比性能，以良好的接收低仰角卫星的信号；第二，体积偏大，结构不紧凑，不适合便携式终端的应用；第三，收发一体天线收发隔离度不高。

基于上述原因，需要提供一种新的卫星导航终端所用天线的设计方法，使得根据该方法设计的天线可以实现在S，L频段上既有小的整体天线尺寸，高的收发隔离度，又满足卫星导航终端对轴比、低仰角增益等各种性能的要求。

发明内容

本发明采用叠层结构实现天线小型化的目标；采用金属化通孔代替天线同轴馈电的外导体，降低工艺要求，减小结构复杂度；采用阶梯型地结构，偏心放置上层天线馈电，添加补偿条带使得天线轴比满足要求；从天线辐射原理出发，利用仿真技术确定天线的具体尺寸。其特点是在严格的小尺寸限制下，充分利用空间，实现天线好的低仰角轴比和高的低仰角增益两个目的，以满足卫星导航终端整机性能要求。

本发明的紧凑、叠层结构收发一体微带天线的设计方法主要包括以下几个步骤：

(1)对天线进行建模和仿真，选择适当的基板，包括其尺寸和介电常数，获得天线的关键性能参数，及其变化规律；

(2)根据实际需要确定/调整上层天线的辐射体及其馈电部分的位置，在下层天线辐射体上增加补偿条带，确定天线的精确尺寸，使得天线轴比性能和低仰角增益达到最优值；

(3)在天线的公共地板下增加金属底座；

其中，上述方法的步骤(1)进而包括以下步骤：

(1)对天线结构中的辐射体，基板，金属化通孔，馈电探针及馈电微带线进行建模和仿真；

(2)结合实际调试及测试，获得天线的电性能参数，并仿真分析得到各种形状下，天线辐射体上的电流分布、电场分布，天线增益，轴比的关键特征及参数。

同时，步骤(2)进而包括以下步骤：

(1)首先整体移动上层天线辐射体及其馈电部分(馈电探针，金属化通孔)，仿真得到规律，并选出合适位置使上层天线的轴比和增益满足要求；

(2)在下层天线辐射体的相应位置增加补偿条带，仿真优化其尺寸，使下层天线的轴比和增益满足要求；

(3)重复上述(1)，(2)，交替优化上层天线辐射体及其馈电部分的移动距离和补偿条带的尺寸，使上下层天线的轴比和增益达到最优值。

通过使用本发明方法所设计的天线，可以减小天线整体尺寸，解决了天线增益和天线辐射面积最小化之间的矛盾，提高收发隔离度，改善天线的低仰角轴比性能，提高天线的低仰角增益，从而改善了卫星导航终端的性能。图4给出了接收天线低仰角增益(仰角20度)的仿真结果，图4给出了接收天线低仰角轴比(仰角20度)的仿真结果。

附图说明

结合附图，可对上述简要概述、以及后续对本发明优选实施例的详细描述有更好的理解。图示给出了收发一体天线的具体结构，天线的整体尺寸约为50mm*50mm*15mm。

图1：天线的俯视图

图2：天线的侧视剖面图

图3：天线底部的馈电电路

图4：接收天线低仰角增益(仰角20度)

图5：接收天线低仰角轴比(仰角20度)

具体实施方式

天线的结构如图1和图2所示。接收天线辐射体1和发射天线辐射体3分别位于介质基板8和介质基板9的正面。接收天线接收的信号通过馈电探针5馈到馈电网络上。放射天线发射的信号从馈电网络上经由馈电探针2馈到发射天线辐射体3上。

图3是馈电网络俯视图，双馈所用的3dB耦合器采用商业芯片。

各标号的说明：

1接收天线；2发射天线馈电探针；3发射天线；4公共地板；5接收天线馈电探针；6金属化通孔；7馈电网络；8介质基板；9介质基板；10介质基板；11馈电微带线；12馈电微带线；13过孔；14地；15馈电微带线；16馈电微带线。

本领域技术人员可以理解：在不背离本发明广义范围的前提下，可以对上述实施例进行改动。因而，本发明并不仅限于所公开的特定实施例，其范围应当涵盖所附权利要求书限定的本发明核心及保护范围内的所有变化。

Claims (3)

1.一种紧凑、叠层结构收发一体微带天线的设计方法，其特征在于，该方法主要包括以下几个步骤：

(1)对天线整体结构进行建模，仿真获得天线的关键性能参数；

(2)根据实际需要确定/调整上层天线的辐射体及其馈电部分的位置，在下层天线辐射体上增加补偿条带，确定天线的精确尺寸，使得天线轴比性能和低仰角增益达到最优值；

(3)在公共地板下增加金属底座；

(4)实际加工制作时用金属化通孔代替同轴外导体。

2.如权利要求1所述的天线设计方法，其特征在于，步骤(1)进而包括以下步骤：

(1)对天线结构中的辐射体，基板，金属化通孔，馈电探针及馈电微带线进行建模和仿真；

(2)结合实际调试及测试，获得天线的电性能参数，并仿真分析得到各种形状下，天线辐射体上的电流分布、电场分布，天线增益，轴比的关键特征及参数。

3.如权利要求1所述的天线设计方法，其特征在于，步骤(2)进而包括以下步骤：

(1)首先整体移动上层天线辐射体及其馈电部分(馈电探针，金属化通孔)，使其偏离下层天线辐射体中心，仿真得到规律，并选出合适位置使上层天线的轴比和增益满足要求；

(2)在下层天线辐射体的相应位置增加补偿条带，仿真优化其尺寸，使下层天线的轴比和增益满足要求；

(3)重复上述(1)，(2)，交替优化上层天线辐射体及其馈电部分的移动距离和补偿条带的尺寸，使上下层天线的轴比和增益达到最优值。

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