CN101916901B - 双频微带天线 - Google Patents

Abstract

一种双频微带天线，包括具有上层贴片的上层微带天线、具有下层贴片的下层微带天线和置于底层的馈电网络，上层贴片的几何中心处设置有上层中心孔，所述下层贴片的几何中心处设置有下层中心孔，双频微带天线还设置有短路针，该短路针依次从上层中心孔处穿入上层微带天线和从下层中心孔处穿入下层微带天线后与馈电网络的地线连接，且所述短路针分别与上层贴片和下层贴片电连接。通过短路针将上层贴片的几何中心和下层贴片的几何中心固定在一起，并通过短路针将上层贴片和下层贴片与馈电网络地线连接。可以稳定双频微带天线接收的两个频段信号的相位中心，从而降低双频微带天线的信号误差，提高双频微带天线信号接收的精度。

Description

双频微带天线

技术领域

本发明涉及一种天线，特别是涉及一种双频微带天线。

背景技术

双频微带天线可作为测量型天线，同时接收来自GPS(Global PositioningSystem全球定位系统)L1频段的信号和来自GLONASS(Global NavigationSatellite System全球导航卫星系统)L2频段的信号，用于如卫星导航系统接收机，可用于大地测量、控制测量、实时动态定位、海洋测量、航道测量、疏竣测量、航空飞行定位、遥感应用、海上钻井定位等等测量系统中。

现有的双频微带天线通常采用两层贴片结构，并通过偏馈或侧馈实现圆极化。由于天线采用偏馈或侧馈，因此很容易在接受信号时使得天线的电气相位中心与几何中心不重合，在卫星移动或双频微带天线移动时，从而造成接收信号相位中心不稳定，使接收的信号出现误差，影响天线的接收精度。而对于双频段的两层贴片，不但很容易使单个频段的相位中心不稳定，而且很容易使不同频段的相位中心不重合，因此双频段的两层贴片天线比单层贴片天线接收信号的误差更大，信号接受精度更低。

发明内容

本发明的目的在于避免现有技术中的不足之处而提供一种结构简单、接收精度高的双频微带天线。

本发明的目的通过以下技术措施实现：

一种双频微带天线，包括具有上层贴片的上层微带天线、具有下层贴片的下层微带天线和置于底层的馈电网络，所述上层贴片的几何中心处设置有上层中心孔，所述下层贴片的几何中心处设置有下层中心孔，所述双频微带天线还设置有短路针，该短路针依次从所述上层中心孔处穿入所述上层微带天线和从所述下层中心孔处穿入所述下层微带天线后与所述馈电网络的地线连接，且所述短路针分别与所述上层贴片和所述下层贴片电连接。

优选地，上述上层贴片设置有四个以正方形顶点的方式排布的上层馈点，且四个所述上层馈点的几何中心与所述上层中心孔重合；所述下层贴片设置有四个以正方形顶点的方式排布的下层馈点和四个与所述上层馈点相对应的过孔，且四个所述下层馈点的几何中心与所述下层中心孔重合；所述双频微带天线还设置有四个第一同轴探针和四个第二同轴探针，所述第一同轴探针从所述上层馈点处穿入所述上层微带天线和从所述过孔处穿入所述下层微带天线后与所述馈电网络电连接，所述第二同轴探针从所述下层馈点处穿入所述下层微带天线后与所述馈电网络电连接；所述馈电网络通过四个所述第一同轴探针给上层贴片馈电，通过四个所述第二同轴探针给下层贴片馈电。

优选地，上述上层贴片和所述下层贴片为正方形贴片。更加优选地，上述下层贴片的四角具有切角。进一步优选地，上述切角为等腰直角三角形。

优选地，上述上层贴片和所述下层贴片的四边边缘分别设置有短截线。进一步优选地，上述短截线为矩形凸缘。

优选地，上述馈电网络包括第一电桥耦合器、第二电桥耦合器、第三电桥耦合器、第四电桥耦合器、第一微带移相器、第二微带移相器、第三微带移相器、第四微带移相器、第五电桥耦合器、第六电桥耦合器；其中两个相邻所述上层馈点的信号经所述第一电桥耦合器耦合成一路信号，该路信号经第一微带移相器移相后输入至第五电桥耦合器；另两个相邻所述上层馈点的信号经所述第二电桥耦合器耦合成一路信号，该路信号经第二微带移相器移相后输入至第五电桥耦合器；其中两个相邻所述下层馈点的信号经所述第三电桥耦合器耦合成一路信号，该路信号经第三微带移相器移相后输入至第六电桥耦合器；另两个相邻所述下层馈点的信号经所述第二电桥耦合器耦合成一路信号，该路信号经第四微带移相器移相后输入至第六电桥耦合器。

优选地，上述馈电网络还包括第一滤波器、第二滤波器、第三滤波器、第四滤波器、第一低噪声放大器、第二低噪声放大器、第三低噪声放大器、第四低噪声放大器和射频接收装置；所述第五电桥耦合器将所接收的由所述第一微带移相器和所述第二微带移相器传输的两路信号耦合成一路信号，该信号依次经所述第一滤波器滤波、所述第一低噪声放大器放大、所述第二滤波器滤波、所述第二低噪声放大器放大后输入至射频接收装置；所述第六电桥耦合器将接收的由所述第三微带移相器和所述第四微带移相器传输的两路信号耦合成一路信号，该信号依次经所述第三滤波器滤波、所述第三低噪声放大器放大、所述第四滤波器滤波、所述第四低噪声放大器放大后输入至射频接收装置。

本发明与现有技术相比具有以下优点：本发明双频微带天线通过短路针将上层贴片的几何中心和下层贴片的几何中心固定在一起，并通过短路针将上层贴片和下层贴片与馈电网络地线连接，其结构简单。可以在满足每层贴片的几何中心与该层的电气相位中心重合的同时，使上层贴片和下层贴片的电气相位中心重合。因此本发明双频微带天线可以稳定双频微带天线接收的两个频段信号的相位中心，从而可降低双频微带天线的信号误差，提高双频微带天线信号接收的精度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例的双频微带天线的结构示意图；

图2是本发明实施例的双频微带天线的上层贴片的结构示意图；

图3是本发明实施例的双频微带天线的下层贴片的结构示意图；

图4是本发明实施例的双频微带天线的馈电网络的与上层贴片连接原理图；

图5是本发明实施例的双频微带天线的馈电网络的与下层贴片连接原理图；

图6是本发明实施例的双频微带天线的馈电网络的放大滤波原理图。

具体实施方式

为使本发明更加容易理解，下面结合附图对本发明作进一步阐述，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制。

本发明的一种双频微带天线，如图1至图3所示，包括具有上层贴片11的上层微带天线10、具有下层贴片21的下层微带天线20和置于底层的馈电网络30，所述上层贴片11的几何中心处设置有上层中心孔111，所述下层贴片21的几何中心处设置有下层中心孔211，所述双频微带天线还设置有短路针40，该短路针40依次从所述上层中心孔111处穿入所述上层微带天线10和从所述下层中心孔211处穿入所述下层微带天线20后与所述馈电网络30的地线连接，且所述短路针40分别与所述上层贴片11和所述下层贴片21电连接。

其中，如图1所示，上层微带天线10包括上层介质板12，其一面附上金属薄层作为上层接地板13，另一面贴上层贴片11。下层微带天线20包括下层介质板22，其一面附上金属薄层作为下层接地板23，另一面贴下层贴片21。上层介质板12、上层接地板13、下层介质板22和下层接地板23分别设置有相应的过孔，供短路针40穿设。上层贴片11接收来自GPS(Global Positioning System全球定位系统)的L1频段的信号，下层贴片21接收来自GLONASS(GlobalNavigation Satellite System全球导航卫星系统)的L2频段的信号。

由于本发明双频微带天线通过短路针40将上层贴片11的几何中心和下层贴片21的几何中心固定在一起，并通过短路针40将上层贴片11和下层贴片21与馈电网络30地线连接。可以在每层贴片的几何中心与该层的电气相位中心重合的同时，使上层贴片11和下层贴片21的电气相位中心重合。因此本发明双频微带天线可以避免天线相位中心的移动，稳定双频微带天线接收的两个频段信号的相位中心，从而可以降低双频微带天线的信号误差，提高双频微带天线信号接收的精度。

较佳地，上层贴片11设置有四个以正方形顶点的方式排布的上层馈点112，且四个所述上层馈点112的几何中心与所述上层中心孔111重合；所述下层贴片21设置有四个以正方形顶点的方式排布的下层馈点212和四个与所述上层馈点112相对应的过孔221，且四个所述下层馈点212的几何中心与所述下层中心孔211重合；所述双频微带天线还设置有四个第一同轴探针113和四个第二同轴探针213，所述第一同轴探针113从所述上层馈点112处穿入所述上层微带天线10和从所述过孔221处穿入所述下层微带天线20后与所述馈电网络30电连接，所述第二同轴探针213从所述下层馈点212处穿入所述下层微带天线20后与所述馈电网络30电连接；所述馈电网络30通过四个所述第一同轴探针113给上层贴片11馈电，通过四个所述第二同轴探针213给下层贴片21馈电。如图2和图3所示，上层馈点112分别为上层馈点a、上层馈点b、上层馈点c、上层馈点d；下层馈点212分别为下层馈点e、下层馈点f、下层馈点g、下层馈点h。

本发明双频微带天线采用每层四点馈电，八个同轴探针分别对上层贴片11和下层贴片21馈电。由于双频微带天线所要接收的卫星信号为右旋圆极化电波，因此可以通过电磁仿真技术确定八个馈点的位置，从而使每相邻两个上层馈点112接收的信号相差90度，每相邻两个下层馈点212接收的信号相差90度，使得各个馈点散射参数S11＜-20dB，轴比AR＜3dB角度范围在120°左右。调节馈点位置可使天线的输入阻抗为50Ω，从而省略低噪声放大器与微带天线之间的匹配电路。

因此，对每层贴片进行四个均匀馈电，且使每相邻馈点信号相位差为90度，可以使微带天线更容易实现辐射方向图的对称，使轴比比现有技术采用单点馈电或两点馈电的轴比要好，可以很容易在更广的角度接收卫星的圆极化电波。

另外，本发明双频微带天线的每层微带天线的四个均匀馈电，与现有技术的一般采用单个或两个馈点相比，可以使双频微带天线的相位中心更加稳定，使其不会随卫星或双频微带天线的移动而发生大尺寸的偏差，从而可以进一步提高双频微带天线的测量精度。

短路针40和第一同轴探针113之间形成的强耦合等效于加载了一个电容，使得上层微带天线10在低于谐振频率位置达到上层微带天线10的阻抗匹配，从而增加了上层微带天线10的频率带宽，从而确保上层微带天线10的频率带宽可覆盖L1频段的频率带宽，从而可以遏制多路效应对本发明双频微带天线的影响，进而提高上层微带天线10的接收信号的可靠性和精度。

同理，短路针40和第二同轴探针213之间形成的强耦合等效于加载了一个电容，使得下层微带天线20在低于谐振频率位置达到下层微带天线20的阻抗匹配，从而增加了下层微带天线20的频率带宽，从而确保下层微带天线20的频率带宽可覆盖L2频段的频率带宽，从而可以遏制多路效应对本发明双频微带天线的影响，进而提高下层微带天线20的接收信号的可靠性和精度。

上层介质板12、上层接地板13、下层介质板22和下层接地板23分别设置有相应的过孔，供第一同轴探针113穿设。下层介质板22和下层接地板23分别设置有相应的过孔供第二同轴探针213穿设。

较佳地，如图2和图3所示，上层贴片11和所述下层贴片21为正方形贴片。正方形贴片可更容易实现贴片均匀对称设计，并且正方形更容易加工制造。当然也可以采用现有技术的其他对称结构，如圆形等等。

较佳地，如图3所示，下层贴片21的四角具有切角24。四角对称切角24，可以保证下层贴片21结构的对称性。对上层贴片11四角切角24，有利于双频微带天线的装配。并且切角24可以起到简并模分离的作用。即使得正方形微带天线增加了一个简并模分离单元，使简并模的谐振频率产生分离，工作频率位于两个谐振频率之间。当简并模分离单元选择合适时，对工作频率而言，一个模的等效阻抗相角超前，而另一个模的等效阻抗相角滞后，当他们之间的相差90度时，便形成了圆极化。

较佳地，切角24为等腰直角三角形。等腰直角三角形更容易实现下层贴片21的对称结构，且有利于制造和加工。

较佳地，如图2和图3所示，所述上层贴片11和所述下层贴片21的四边边缘分别设置有短截线15和短截线25。具体地，短截线15和短截线25可以为矩形凸缘，当然短截线15和短截线25还可以采用现有技术的其它形状，短截线15和短截线25的数目可以根据实际情况确定。

由于微带天线的接收信号是通过贴片的边缘和接地板之间的耦合实现的，因此，在所述上层贴片11和所述下层贴片21的四边边缘分别设置短截线15和短截线25，可以增加贴片边缘的路径，使得流过上层贴片11和下层贴片21的电流曲径加长，从而可以在满足接收卫星信号的条件下缩减双频微带天线的尺寸，并且可以更好地调节天线的阻抗使得双频微带天线的更易匹配接收卫星信号。

较佳地，如图4和图5所示，馈电网络30包括第一电桥耦合器、第二电桥耦合器、第三电桥耦合器、第四电桥耦合器、第一微带移相器、第二微带移相器、第三微带移相器、第四微带移相器、第五电桥耦合器、第六电桥耦合器；其中两个相邻所述上层馈点a和上层馈点b的信号经所述第一电桥耦合器耦合成一路信号，该路信号经第一微带移相器移相后输入至第五电桥耦合器；另两个相邻所述上层馈点c和上层馈点d的信号经所述第二电桥耦合器耦合成一路信号，该路信号经第二微带移相器移相后输入至第五电桥耦合器；其中两个相邻所述下层馈点e和下层馈点f的信号经所述第三电桥耦合器耦合成一路信号，该路信号经第三微带移相器移相后输入至第六电桥耦合器；另两个相邻所述下层馈点g和下层馈点h的信号经所述第二电桥耦合器耦合成一路信号，该路信号经第四微带移相器移相后输入至第六电桥耦合器。

其中第一电桥耦合器、第二电桥耦合器、第三电桥耦合器、第四电桥耦合器、第五电桥耦合器、第六电桥耦合器可以为3dB电桥；所述第一微带移相器、第二微带移相器、第三微带移相器、第四微带移相器为1/4波长移相器。通过上述电路，分别将四个上层馈点信号和四个下层馈点信号耦合成一路信号输出。

较佳地，如图六所示，馈电网络30还包括第一滤波器、第二滤波器、第三滤波器、第四滤波器、第一低噪声放大器、第二低噪声放大器、第三低噪声放大器、第四低噪声放大器和射频接收装置；所述第五电桥耦合器将所接收的由所述第一微带移相器和所述第二微带移相器传输的两路信号耦合成一路信号，该信号依次经所述第一滤波器滤波、所述第一低噪声放大器放大、所述第二滤波器滤波、所述第二低噪声放大器放大后输入至射频接收装置；所述第六电桥耦合器将接收的由所述第三微带移相器和所述第四微带移相器传输的两路信号耦合成一路信号，该信号依次经所述第三滤波器滤波、所述第三低噪声放大器放大、所述第四滤波器滤波、所述第四低噪声放大器放大后输入至射频接收装置。信号经两次滤波和放大后，可增加其准确性。

以上所述是本发明的优选实施方式而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和变动，这些改进和变动也视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种双频微带天线，包括具有上层贴片的上层微带天线、具有下层贴片的下层微带天线和置于底层的馈电网络，其特征在于：

所述上层贴片的几何中心处设置有上层中心孔，所述下层贴片的几何中心处设置有下层中心孔，所述双频微带天线还设置有短路针，该短路针依次从所述上层中心孔处穿入所述上层微带天线和从所述下层中心孔处穿入所述下层微带天线后与所述馈电网络的地线连接，且所述短路针分别与所述上层贴片和所述下层贴片电连接；

所述上层贴片设置有四个以正方形顶点的方式排布的上层馈点，且四个所述上层馈点的几何中心与所述上层中心孔重合；

所述下层贴片设置有四个以正方形顶点的方式排布的下层馈点和四个与所述上层馈点相对应的过孔，且四个所述下层馈点的几何中心与所述下层中心孔重合；

所述双频微带天线还设置有四个第一同轴探针和四个第二同轴探针，所述第一同轴探针从所述上层馈点处穿入所述上层微带天线和从所述过孔处穿入所述下层微带天线后与所述馈电网络电连接，所述第二同轴探针从所述下层馈点处穿入所述下层微带天线后与所述馈电网络电连接；

所述馈电网络通过四个所述第一同轴探针给上层贴片馈电，通过四个所述第二同轴探针给下层贴片馈电。

2.根据权利要求1所述的双频微带天线，其特征在于：所述上层贴片和所述下层贴片为正方形贴片。

3.根据权利要求2所述的双频微带天线，其特征在于：所述下层贴片的四角具有切角。

4.根据权利要求3所述的双频微带天线，其特征在于：所述切角为等腰直角三角形。

5.根据权利要求2所述的双频微带天线，其特征在于：所述上层贴片和所述下层贴片的四边边缘分别设置有短截线。

6.根据权利要求5所述的双频微带天线，其特征在于：所述短截线为矩形凸缘。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的双频微带天线，其特征在于：所述馈电网络包括第一电桥耦合器、第二电桥耦合器、第三电桥耦合器、第四电桥耦合器、第一微带移相器、第二微带移相器、第三微带移相器、第四微带移相器、第五电桥耦合器、第六电桥耦合器；

其中两个相邻所述上层馈点的信号经所述第一电桥耦合器耦合成一路信号，该路信号经第一微带移相器移相后输入至第五电桥耦合器；

另两个相邻所述上层馈点的信号经所述第二电桥耦合器耦合成一路信号，该路信号经第二微带移相器移相后输入至第五电桥耦合器；

其中两个相邻所述下层馈点的信号经所述第三电桥耦合器耦合成一路信号，该路信号经第三微带移相器移相后输入至第六电桥耦合器；

另两个相邻所述下层馈点的信号经所述第二电桥耦合器耦合成一路信号，该路信号经第四微带移相器移相后输入至第六电桥耦合器。

8.根据权利要求7所述的双频微带天线，其特征在于：所述馈电网络还包括第一滤波器、第二滤波器、第三滤波器、第四滤波器、第一低噪声放大器、第二低噪声放大器、第三低噪声放大器、第四低噪声放大器和射频接收装置；

所述第五电桥耦合器将所接收的由所述第一微带移相器和所述第二微带移相器传输的两路信号耦合成一路信号，该信号依次经所述第一滤波器滤波、所述第一低噪声放大器放大、所述第二滤波器滤波、所述第二低噪声放大器放大后输入至射频接收装置；

所述第六电桥耦合器将接收的由所述第三微带移相器和所述第四微带移相器传输的两路信号耦合成一路信号，该信号依次经所述第三滤波器滤波、所述第三低噪声放大器放大、所述第四滤波器滤波、所述第四低噪声放大器放大后输入至射频接收装置。

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