CN103066384A - 一种小型化宽带导航天线 - Google Patents
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Abstract
本发明属于无线通信导航及天线技术领域，特别涉及高性能天线设计、天线小型化、宽带化技术，用于小型化或者手持式的卫星导航地面应用系统用户机设备等，其不同之处在于：其包括连接在一起的天线辐射体、馈电网络板、射频连接器，所述天线辐射体是矩形微带天线，该天线辐射体为基于高介电常数的介质材料，所述介质材料的上、下两面均刷有银层从而构成小型化贴片天线，所述天线辐射体通过两个第一馈电探针与馈电网络板焊接在一起，射频信号通过馈电网络板后再经过两个第一馈电探针给天线辐射体馈电。本发明满足卫星导航系统需要的辐射特性的同时小型化，为卫星导航用户机设备提供高性能天线模块。
Description
技术领域
本发明属于无线通信导航及天线技术领域，特别涉及高性能天线设计、天线小型化、宽带化技术，用于小型化或者手持式的卫星导航地面应用系统用户机设备的小型化宽带导航天线。
背景技术
小型化导航天线是近年来国外各卫星导航天线厂商研究的热点，由其装备的多模多频GNSS接收机是卫星导航接收机发展的大趋势。未来可接收的卫星导航星座越来越多，包括GPS、北斗、GLONASS、Galileo。多模多频卫星导航接收机可利用的卫星数量成倍增加，可确保用户稳定可靠地接收到卫星信号，即使在接收环境恶劣的情况下也能保证导航定位的连续性、可用性和完善性。
导航天线形式上主要有单极子天线、偶极子天线、微带贴片天线，螺旋天线等。由于微带贴片天线具有低轮廓、易于批量生产、易于有源器件集成等特点，被广泛用于卫星导航和无线通信领域。
天线是现代武器装备上不可或缺的重要设备之一。天线是无线系统的重要部件，它是现代信息社会的电子眼、电子耳，主要是用来辐射或接收无线电波的装置。地面导航应用系统中天线位于最前端，天线性能的好坏直接影响导航定位精度。
卫星导航天线要求圆极化方式工作，并且要求具有半球形的方向图，即要求具有较高的低仰角的增益。同时要求具有小型化和宽频带特性。本发明主要是小型化、宽频带的高性能导航天线。
发明内容
本发明的目的在于解决天线小型化后，天线性能变差如：带宽变窄、增益下降等矛盾，提供一种小型化宽带导航天线，在满足卫星导航系统需要的辐射特性的同时小型化，为卫星导航用户机设备提供高性能天线模块。
为解决以上技术问题，本发明的技术方案为：一种小型化宽带导航天线，其不同之处在于：其包括连接在一起的天线辐射体、馈电网络板、射频连接器，所述天线辐射体是矩形微带天线，该天线辐射体为基于高介电常数的介质材料，所述介质材料的上、下两面均刷有银层从而构成小型化贴片天线，所述天线辐射体通过两个第一馈电探针与馈电网络板焊接在一起，射频信号通过馈电网络板后再经过两个第一馈电探针给天线辐射体馈电，天线辐射体向空间辐射电磁波，馈电网络板引出第二馈电探针与射频连接器连接。
按以上技术方案，所述天线辐射体为截面呈方形的介质块，所述介质块的介质材料为高介电常数陶瓷材料，长方体内部为介质材料，介质材料的上部设置有辐射贴片，介质材料的下部设置有天线地板，辐射贴片、天线地板是在介质材料上刷银层得到，馈电网络板通过所述第一馈电探针给天线辐射体的辐射贴片馈电。
按以上技术方案，所述馈电网络板由两层高频介质板构成，两层介质板通过焊孔焊接在一起，上层介质板上印刷有馈电电路，下层介质板中没有电路，将上、下两层介质板合在一起形成带状线形式的馈电网络板，上层介质板连接有给天线辐射体馈电的第一馈电探针，下层介质板连接有用于插到射频连接器的所述第二馈电探针。
对比现有技术，本发明的有益特点如下：
1、该小型化宽带导航天线，提高介电常数，减小辐射贴片尺寸，充分利用微带天线的表面波展宽天线的波束，提高低仰角的增益；
2、该小型化宽带导航天线，折中考虑天线厚度，考虑天线的小型化的同时展宽天线的带宽；
3、该小型化宽带导航天线，利用高频介质板材设计带状线电路，进一步实现小型化。
附图说明
图1是本发明提出的小型化宽带导航天线整体结构示意图；
图2是本发明中天线辐射体结构示意图；
图3是本发明中馈电网络板结构示意图；
图4是本发明仿真的增益方向图；
图5是本发明仿真的电压驻波比曲线图；
其中：1-天线辐射体11-辐射贴片、12-介质材料、13-天线地板、14-第一馈电探针、15-焊点、2-馈电网络板21-上层介质板、22-下层介质板、23-馈电电路、24-焊孔、25-第二馈电探针、3-射频连接器。
具体实施方式
请参考图1，本发明一种小型化宽带导航天线，其包括连接在一起的天线辐射体1、馈电网络板2、射频连接器3，所述天线辐射体1是矩形微带天线，该天线辐射体1为基于高介电常数的介质材料，所述介质材料的上、下两面均刷有银层从而构成小型化贴片天线，所述天线辐射体1通过两个第一馈电探针14与馈电网络板2焊接在一起，射频信号通过馈电网络板2后再经过两个第一馈电探针14给天线辐射体1馈电，天线辐射体1向空间辐射电磁波，馈电网络板2引出第二馈电探针25与射频连接器3连接。
具体的，所述天线辐射体1为截面呈方形的介质块，所述介质块的介质材料12为高介电常数陶瓷材料，介电常数为20.5，长方体内部为介质材料12，介质材料12的上部设置有辐射贴片11，介质材料12的下部设置有天线地板13，辐射贴片11、天线地板13是在介质材料12上刷银层得到，馈电网络板2通过所述第一馈电探针14给天线辐射体1的辐射贴片11馈电。
具体的，所述馈电网络板2由两层高频介质板21、22构成，两层介质板通过焊孔24焊接在一起，上层介质板21上印刷有馈电电路23，下层介质板22中没有电路，将上、下两层介质板21、22合在一起形成带状线形式的馈电网络板2，上层介质板21连接有给天线辐射体1馈电的第一馈电探针14，下层介质板22连接有用于插到射频连接器3的所述第二馈电探针25。
请参考图1、图2和图3，一种小型化宽带导航天线包括天线辐射体1、馈电网络板2、射频连接器3，并通过焊锡焊接在一起。天线辐射体1是方形微带天线，通过在高介电常数陶瓷介质材料上下刷银层构成。馈电网络板2通过两个第一馈电探针14给天线辐射体1馈电。馈电网络板2引出一个第二馈电探针25与射频连接器3连接，射频连接器3的外皮通过焊锡焊接。馈电网络板2与天线辐射体1的物理连接是通过在馈电网络板2中留有的焊孔24，利用焊锡焊接在一起。
请参考图2，天线辐射体1为具有一定厚度的截面为方形的长方体，具体尺寸大致为35mm×35mm×8mm。介质材料12为高介电常数陶瓷材料，介电常数为20.5。辐射贴片11和天线地板13是在陶瓷介质材料上刷银层得到。两个第一馈电探针14是天线辐射体1的辐射贴片11的馈电探针。馈电网络板2通过第一馈电探针14给天线辐射体1的辐射贴片11馈电。
请参考图3，馈电网络板2由两层高频介质板21、22构成，两层介质板通过焊孔24焊接在一起，上层介质板21上印刷有馈电电路23，下层介质板22中没有电路，将两层介质板21、22合在一起形成带状线形式的馈电网络板2。两个第一馈电探针14是给天线辐射体1馈电的探针，第二馈电探针25插到射频连接器3，射频连接器3的外皮通过焊锡焊接在一起。
本发明的辐射性能仿真结果进一步说明：
请参考图4，天线放在40mm×55mm×70mm的载体上时仿真得到的辐射方向图，从图4中看出本发明提出的小型化宽带导航天线具有良好的辐射特性和低仰角特性。
请参考图5，本发明提出的小型化宽带导航天线电压驻波比仿真结果，从图中看出天线具有较宽的阻抗带宽，完全能达到20MHz左右的带宽。
天线辐射体1基于双馈电圆极化技术，具有两个第一馈电探针14。
天线辐射体1和馈电网络板2通过焊孔24焊接在一起。
馈电网络板2由上层介质板21和下层介质板22叠加在一起构成。
射频连接器3的外皮与馈电网络板2焊接在一起。
本发明实施例中，为实现小型化，天线辐射体的介质材料采用高介电常数的陶瓷介质材料，并在介质材料的上、下表面刷银层构成小型化贴片天线。
本发明采用了双馈的圆极化工作方式，因此需要设计馈电网络板来进行馈电，为实现小型化，馈电网络板采用了带状线形式的电路，实现电路时巧妙的利用了高频介质板材，通过将两层的高频介质板材层叠在一起，其中一层印刷有馈电电路，从而实现很薄的小型化的带状线电路。
上述实例只为说明本发明的技术构思及特点，只用于对本发明进行具体的描述，让熟悉该项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明内容所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种小型化宽带导航天线，其特征在于：其包括连接在一起的天线辐射体（1）、馈电网络板（2）、射频连接器（3），所述天线辐射体（1）是矩形微带天线，该天线辐射体（1）为基于高介电常数的介质材料，所述介质材料的上、下两面均刷有银层从而构成小型化贴片天线，所述天线辐射体（1）通过两个第一馈电探针（14）与馈电网络板（2）焊接在一起，射频信号通过馈电网络板（2）后再经过两个第一馈电探针（14）给天线辐射体（1）馈电，天线辐射体（1）向空间辐射电磁波，馈电网络板（2）引出第二馈电探针（25）与射频连接器（3）连接。
2.如权利要求1所述的一种小型化宽带导航天线，其特征在于：所述天线辐射体（1）为截面呈方形的介质块，所述介质块的介质材料（12）为高介电常数陶瓷材料，长方体内部为介质材料（12），介质材料（12）的上部设置有辐射贴片（11），介质材料（12）的下部设置有天线地板（13），辐射贴片（11）、天线地板（13）是在介质材料（12）上刷银层得到，馈电网络板（2）通过所述第一馈电探针（14）给天线辐射体（1）的辐射贴片（11）馈电。
3.如权利要求1所述的一种小型化宽带导航天线，其特征在于：所述馈电网络板（2）由两层高频介质板（21、22）构成，两层介质板通过焊孔（24）焊接在一起，上层介质板（21）上印刷有馈电电路（23），下层介质板（22）中没有电路，将上、下两层介质板（21、22）合在一起形成带状线形式的馈电网络板（2），上层介质板（21）连接有给天线辐射体（1）馈电的第一馈电探针（14），下层介质板（22）连接有用于插到射频连接器（3）的所述第二馈电探针（25）。
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