CN103219588B - 一种高隔离度双频导航天线 - 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，特别涉及一种高隔离度双频导航天线，其包括高频段天线辐射体（1）、低频段天线辐射体（2）、腔体（3），高频段天线辐射体（1）和低频段天线辐射体（2）通过焊锡焊接在一起，低频段天线辐射体（2）与腔体（3）通过螺丝（221）连接在一起；本发明解决了两频段的天线辐射体叠放在一起后，两频段的收发隔离度差问题，满足了卫星导航系统需要的辐射特性，从而能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、天线高隔离度、双频技术的一种高隔离度双频导航天线，该导航天线用于小型化或者车载式的卫星导航地面应用系统用户机设备等。
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。
多种天线形式可用于导航天线，其中微带贴片天线优势比较明显，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。
对于我国的卫星导航系统，不仅有接收频段还有发射频段，因此要求天线具有较高收发隔离度，同时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双频带特性。本发明主要是在实现天线双频特性的同时，实现两频段的高隔离度特性。
发明内容
为提高和保证双频段天线良好的辐射特性，本发明采用了两频段辐射体共轴叠放的方案，本发明的目的在于解决两频段的天线辐射体叠放在一起后，两频段的收发隔离度差问题，提出一种高性能的高隔离度双频导航天线，满足卫星导航系统需要的辐射特性，为卫星导航用户机设备提供高性能天线模块。
为实现双频特性本发明提出两频段辐射体共轴叠放的方案：一种高隔离度双频导航天线，其特征在于：其包括高频段天线辐射体（1）、低频段天线辐射体（2）、腔体（3），高频段天线辐射体（1）和低频段天线辐射体（2）通过焊锡焊接在一起，低频段天线辐射体（2）与腔体（3）通过螺丝（221）连接在一起；高频、低频段分别有一个连接器固定在腔体上；高频段天线的辐射体（1）是中心馈电圆极化微带天线，该天线辐射体（1）采用特殊形状的辐射贴片（11），使得高频段辐射体具有中心馈电特性（14）；这样可以利用低频段天线辐射体（2）的中心零电位的特性提高两频段的隔离度；低频段辐射体（2）由两层高频介质板（21、22）叠加而成并通过螺丝（221）连接在一起；低频段辐射体采用了耦合的馈电方式。
所述高频段天线辐射体（1）采用基于中心馈电（14）的圆极化微带天线。
所述高频段天线辐射体（1）通过焊锡直接与低频段天线辐射体（2）的辐射贴片（222）焊接在一起。
所述低频段天线辐射体（2）采用耦合馈电方式，天线由两层介质板（21、22）层叠在一起构成，上层介质板（21）印刷有辐射贴片，下层介质板（22）印刷有耦合微带线。并在中心设置了一个接地的金属化孔（224、213），将两层介质板（21、22）叠加在一起时，整个低频段天线辐射体（2）中心将设置有接地的金属化孔。
所述低频段天线辐射体（2）的上层介质板（21）是介电常数比较高的板材，下层介质板（22）是介电常数比较低的介质板材。
将高频段天线辐射体（1）叠放在低频段天线辐射体（2）上时，高频段天线辐射体（1）的中心馈电探针（14）将穿过低频段天线辐射体（2）的中心接地金属化孔，并与固定在腔体上的高频段射频连接器连接在一起。
高频段辐射体放置在低频段辐射体上，将低频段辐射体的辐射贴片当作高频段辐射体的地板。高频段辐射体直接焊接在低频段辐射体的辐射贴片上。
技术原理：卫星导航天线采用的是圆极化工作方式，本发明采用的是微带天线，而微带天线有多种圆极化的实现方式，如：单馈切角方形贴片方式、双馈电方式、多馈电方式等。
本发明采用了单馈的圆极化工作方式，高频段辐射体利用特殊形状的辐射贴片，使得贴片的馈电位置在辐射贴片的中心位置，低频段辐射体采用耦合馈电方式。
天线方案：为实现导航天线的双拼带、高隔离度特性，本发明在设计时考虑了下面几个问题：1）、为保证两频段的天线的辐射性能，两频段的天线辐射体采用共轴叠放的方式结合在一起；2）、从节省成本以及调试方便的角度考虑，高频段辐射体尽量做的小，并放置低频段辐射体的辐射贴片上，并通过焊锡焊接；3）、低频段辐射体采用耦合馈电方式，充分利用高介电常数材料和第介电常数材料的各自的特性；4）、充分利用低频段辐射体的辐射贴片中心零电位位置，提高两频段天线隔离度。
综合考虑以上考虑，高频段辐射体采用介电常数为6.15，厚度为3毫米的介质材料，低频段辐射体的两层介质板分别采用介电常数为6.15和2.65，厚度为3毫米，2毫米的介质材料。
本发明提出的高隔离度双频导航天线包括高频段天线辐射体（1）、低频段天线辐射体（2）、腔体（3）等构成。高频段天线辐射体（1）和低频段天线辐射体（2）通过焊锡焊接在一起，低频段天线辐射体（2）通过螺丝固定在腔体（3）上。
附图说明
图1是本发明提出的高隔离度双频导航天线整体结构示意图；
图2是本发明中高频段天线辐射体结构示意图；
图3是本发明中低频段天线辐射体的上层介质板结构示意图；
图4是本发明中低频段天线辐射体的下层介质板结构示意图；
图5是本发明仿真的增益方向图；
图6是本发明仿真的隔离度曲线图。
具体实施方式
参见图1，高隔离度双频导航天线由高频段天线辐射体1、低频段天线辐射体2腔体3等构成。高频段天线辐射体1和低频段天线辐射体2通过焊锡焊接在一起。低频段天线辐射体2与腔体通过螺丝221连接在一起。高频、低频段分别有一个连接器固定在腔体上。
参见图2，高频段天线的辐射体1是中心馈电圆极化微带天线，高频段天线辐射体1采用介电常数为6.15，厚度为3mm的介质材料，高频段天线的辐射体1上、下印刷有辐射贴片11和地板14。该天线辐射体1采用特殊形状的辐射贴片11，使得高频段辐射体具有中心馈电特性14。中心馈电探针14穿过低频段辐射体的中心的接地金属化孔。这样可以利用低频段天线辐射体2的中心零电位的特性提高两频段的隔离度。高频段天线的辐射体1通过焊锡直接焊接在低频段天线辐射体2的辐射贴片222上。
参见图3，低频段天线辐射体2由两层介质板材21、22馈电网络3由两层高频介质板21、22构成，通过螺丝221固定在腔体3 上。上层介质板材22采用介电常数为6.15，厚度为3mm的介质材料，上面印刷有辐射贴片222，上层介质板材22的中心有金属化孔224，结合下层介质板21中心金属化孔构成接地金属化孔。高频段天线辐射体1的中心馈电探针14穿过低频段天线辐射体2的中心接地金属化孔224，与固定在腔体上的射频连接器连接。
参见图4，低频段天线辐射体2的下层介质板材21采用介电常数为2.65，厚度为2mm的介质材料，上面印刷有耦合微带线212，下面印刷有地板214，通过该耦合微带线给上层介质板材22的辐射贴片222馈电。下层介质板材21的中心有金属化孔213，结合上层介质板22中心金属化孔224构成接地金属化孔。下层介质板材21引出一个探针215与固定在腔体上的射频连接器连接。
本发明的辐射性能仿真结果进一步说明：图5是天线仿真得到的辐射方向图，从图5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。
图6是本发明提出的高隔离度双频导航天线两端口隔离度仿真结果，从图中看出天线两端口具有较高的隔离度。
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 (6)
1.一种高隔离度双频导航天线，其特征在于：其包括高频段天线辐射体（1）、低频段天线辐射体（2）、腔体（3），高频段天线辐射体（1）和低频段天线辐射体（2）通过焊锡焊接在一起，低频段天线辐射体（2）与腔体（3）通过螺丝（221）连接在一起；高频、低频段分别有一个连接器固定在腔体上；高频段天线的辐射体（1）是中心馈电圆极化微带天线，该天线辐射体（1）采用特殊形状的辐射贴片（11），该特殊形状的辐射贴片（11）的形状具体为：包括以馈电点为中心的正方形环以及连接馈电点和正方形环的一边的中点的矩形条带，使得高频段辐射体具有中心馈电特性；这样可以利用低频段天线辐射体（2）的中心零电位的特性提高两频段的隔离度；低频段辐射体（2）由两层高频介质板（21、22）叠加而成并通过螺丝（221）连接在一起；低频段辐射体采用了耦合的馈电方式。
2.根据要求1 所述的高隔离度双频导航天线，其特征在于：所述高频段天线辐射体（1）采用基于中心馈电的圆极化微带天线。
3.根据要求1 所述的高隔离度双频导航天线，其特征在于：所述高频段天线辐射体（1）通过焊锡直接与低频段天线辐射体（2）的辐射贴片（222）焊接在一起。
4.根据要求1 所述的高隔离度双频导航天线，其特征在于：所述低频段天线辐射体（2）采用耦合馈电方式，天线由两层介质板（21、22）层叠在一起构成，上层介质板（21）印刷有辐射贴片，下层介质板（22）印刷有耦合微带线, 并在中心设置了一个接地的金属化孔（224、213），将两层介质板（21、22）叠加在一起时，整个低频段天线辐射体（2）中心将设置有接地的金属化孔。
5.根据要求1 或4 所述的高隔离度双频导航天线，其特征在于：所述低频段天线辐射体（2）的上层介质板（21）是介电常数比较高的板材，下层介质板（22）是介电常数比较低的介质板材。
6.根据要求1 或2 所述的高隔离度双频导航天线，其特征在于：将高频段天线辐射体（1）叠放在低频段天线辐射体（2）上时，高频段天线辐射体（1）的中心馈电探针（14）将穿过低频段天线辐射体（2）的中心接地金属化孔，并与固定在腔体上的高频段射频连接器连接在一起。
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