CN103414024B - 用于北斗、gps、glonass的三频卫星导航天线 - Google Patents

用于北斗、gps、glonass的三频卫星导航天线 Download PDF

Info

Publication number
CN103414024B
CN103414024B CN201310345619.1A CN201310345619A CN103414024B CN 103414024 B CN103414024 B CN 103414024B CN 201310345619 A CN201310345619 A CN 201310345619A CN 103414024 B CN103414024 B CN 103414024B
Authority
CN
China
Prior art keywords
layer
microstrip antenna
medium
metal patch
ground floor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201310345619.1A
Other languages
English (en)
Other versions
CN103414024A (zh
Inventor
欧阳骏
韩旺旺
李岩
张凯之
隆锐
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
University of Electronic Science and Technology of China
Original Assignee
University of Electronic Science and Technology of China
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by University of Electronic Science and Technology of China filed Critical University of Electronic Science and Technology of China
Priority to CN201310345619.1A priority Critical patent/CN103414024B/zh
Publication of CN103414024A publication Critical patent/CN103414024A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN103414024B publication Critical patent/CN103414024B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Abstract

用于北斗、GPS、GLONASS的三频卫星导航天线，包括：三层微带天线、馈电同轴和探针、金属夹板、带状线介质及馈电网络和一组金属螺钉。三层微带天线的介质均采用高介电常数陶瓷介质以减小天线尺寸。第一层微带天线通过单点馈电并在金属贴片上切角的形式来实现圆极化，第二层和第三层微带天线通过双点馈电来实现圆极化。每层微带天线介质当中包含的馈电探针数不多于两根，这样使得三个端口具有较好的电磁隔离。在微带天线周围加载一组金属螺钉，金属螺钉可用来固定金属夹板和带状线馈电层，也可展宽天线的波瓣宽度。本发明的三频三端口天线具有体积小、剖面低、宽波瓣、低仰角增益和轴比好、端口隔离度高的特点，适用于卫星导航终端接受天线。

Description

用于北斗、GPS、GLONASS的三频卫星导航天线
技术领域
本发明涉及一种三频三端口圆极化卫星导航接收天线，适合用于卫星导航系统终端设备。
背景技术
卫星导航定位系统是随着科学技术发展而建立起来的新一代卫星无线电导航定位系统，它可以实时、连续、高精度、全天候的为用户提供导航定位信息，目前已经在军用和民用领域得到广泛应用。当今世界各国拥有的卫星导航定位系统包括美国的全球定位系统(GPS)、俄罗斯的格罗纳斯系统 (GLONASS)、欧洲联盟的伽利略系统(GALILEO)以及我国的北斗卫星导航定位系统(COMPASS)。北斗导航定位系统是我国自行研制的定位系统，目前仍处于研制和不断完善当中，预计在2020年实现覆盖全球的能力。
卫星导航天线作为卫星导航系统终端设备的重要组成部分，其性能的优略会直接影响系统的性能，因此对导航天线的研究具有重要意义。作为导航天线，一般要求天线体积小、剖面低、宽波瓣，并且要保证一定的低仰角增益和轴比，另外为了能更精确的提供位置信息，通常情况下还会配合其他定位系统一起使用，这就要求天线能够多端口、多频或宽频工作，这些要求给天线设计带来很大的困难。目前文献中或者市面上多端口、多频段的卫星导航天线形式主要包括微带天线、阵子天线和螺旋天线。其中，阵子天线和螺旋天线剖面高，不适合用于一些对天线高度要求苛刻的场合；微带天线通常通过叠层的方式来实现多频或者宽频，其中每层微带贴片通过探针馈电，但是这种天线形式低仰角增益较差并且其各端口之间互耦严重。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种性能优良的三频段三端口卫星导航天线，其具有小型化、低剖面、低仰角增益和轴比好、端口隔离度高的优点，适合用于卫星导航终端接收天线。
本发明所提供的天线采用微带叠层加载金属柱的形式，包括第一层微带天线金属贴片1和介质2、第二层微带天线金属贴片3和介质4、第三层微带天线金属贴片5和介质6、金属螺钉7及螺帽8、金属夹板9和10、带状线馈电层介质11和12、给第一层微带天线馈电的同轴内导体13和外导体14、给第二层微带天线馈电的同轴线内导体15-a和15-b以及外导体16-a和16-b、给第三层微带天线馈电的探针17-a和17-b以及带状线馈电网络18和19。
三层微带天线分别设计工作在三个频率段。第一层微带天线工作在北斗一代S频段(2487-2497MHz)；第二层微带天线工作在GPS L1/GLONASS L1频段(1560-1610MHz)；第三层微带天线工作在北斗二代B3频段(1258-1278MHz)，三层微带天线极化方式都为右旋圆极化。
第一层微带天线采用单点馈电和在微带金属贴片上切角的形式来实现圆极化。给第一层微带天线馈电的同轴位于结构中心，包括内导体13和外导体14。其中同轴外导体14穿过金属夹层9和10、带状线馈电层11和12、第三层微带天线5和6、第二层微带天线3和4，并与第二层微带天线金属贴片3相连，内导体13穿过第一层微带天线1和2，并与第一层微带天线金属贴片1相连。由内导体13和外导体14构成的同轴线输出端口为端口一，即北斗一代S频段输出端口。
第二层和第三层微带天线采用双点馈电的形式来实现圆极化。其中给第二层微带天线采用两个处于正交位置的同轴线馈电，包括两个内导体15-a和15-b以及两个外导体16-a和16-b。其中外导体16-a和16-b的上端穿过第三层微带天线5和6，并与第三层微带天线金属贴片5相连，下端与金属夹层9相连，内导体15-a和15-b的上端穿过第二层微带天线3和4，并与第二层微带天线金属贴片3相连，下端与带状线馈电网络18相连。第三层微带天线采用两根处于正交位置的探针17-a和17-b馈电，这两根探针上端穿过第三层微带天线5和6并与第三层微带天线金属贴片5相连，下端与带状线馈电网络19相连。
第二层微带天线金属贴片可以作为第一层微带天线的地板，第三层微带天线金属贴片作为第二层微带天线的地板，金属夹层9作为第三层微带天线的地板。
带状线馈电网络位于两层带状线介质11和12之间。带状线馈电网络包括两个独立的馈电网络分别为馈电网络18和19。这两个馈电网络都是首先采用威尔金森功分器将信号分成两路等幅信号，再通过两个不等长的传输线产生90度相位差。馈电网络18的端口18-a与第二层微带天线的输出端口二即GPS L1/GLONASS L1频段的输出端口相连，端口18-b和18-c分别与内导体15-a和15-b的下端相连。馈电网络19的端口19-a与第三层微带天线的输出端口三即北斗B3频段的输出端口相连，端口19-b和19-c分别与探针17-a和17-b的下端相连。
为了展宽天线的波瓣宽度，在三层微带天线的周围加载一组金属螺钉，包括螺钉7和螺帽8，另外金属螺钉还可以起到固定的作用。
与现有技术相比，本发明有以下优点：
1、现有技术中，叠层微带贴片通常采用探针馈电，探针的一端与馈电网络或者输出端口的同轴内导体相连，另外一端穿过各层介质与微带贴片相连。这种馈电方式有两个缺点：越靠上层的微带天线的探针长度越长，而探针长度越长引入的电感成分越大，这对阻抗匹配带来很大的困难；除最上层微带天线介质之外，其他各层介质内包含的馈电探针数不少于两根，而探针之间会有较强电磁耦合产生，尤其是当探针离得较近的时候，势必会恶化各天线端口的隔离度。而本发明馈电方式除最下层微带天线直接采用探针馈电以外，其他两层的馈电同轴外导体都是与其各层微带天线的地板相连，这样使得其有效的探针长度只为每层介质厚度。另外本发明的馈电方式使得各层介质内包含的探针数不多于两根，其他馈电同轴均包含有外导体，起到电磁隔离的作用，使得各天线工作相对独立，这对天线设计带来很大的方便。
2、本发明在天线周围加载一圈金属螺钉，不仅起到固定作用，而且还展宽了波瓣宽度，有效的提高了低仰角增益。
3、本发明天线体积小、剖面低、波瓣宽、具有较好的低仰角增益和轴比，并且各端口之间的隔离度较好。
附图说明
图1是本发明的立体结构示意图。
图2是本发明结构的A-A '剖视图。
图3是本发明结构的B-B '剖视图。
图4是带状线馈电网络示意图。
图5是第一层微带天线S参数随频率变化图。
图6是第一层微带天线仰角分别为90度、30度和5度时增益以及仰角为90度时轴比随频率变化图。
图7是第一层微带天线在2492MHz时的方向图和轴比曲线。
图8是第二层微带天线S参数随频率变化图。
图9是第二层微带天线仰角分别为90度、30度和5度时增益以及仰角为90度时轴比随频率变化图。
图10是第二层微带天线在1585MHz时的方向图和轴比曲线。
图11是第三层微带天线S参数随频率变化图。
图12是第三层微带天线仰角分别为90度、30度和5度时增益以及仰角为90度时轴比随频率变化图。
图13是第三层微带天线在1268MHz时的方向图和轴比曲线。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明做进一步说明。
如图1-3所示为本发明三频三端口卫星导航天线结构示意图。本发明三层微带天线的介质均采用介电常数为10.45的陶瓷基片，以减小微带天线尺寸。其中第一层微带天线介质尺寸为20.4mm×20.4mm×1.5mm；第二层微带天线介质尺寸为31.5mm×31.5mm×7mm；第三层微带天线介质尺寸为38.8mm×38.3mm×9mm。带状线介质采用介电常数3，厚度为0.504mm的介质。带状线介质和金属夹板直径为60mm(0.25λ)，天线整体高度为21.5mm(0.09λ)，其中λ是真空中北斗二代B3频段中心频率1268MHz所对应的波长。20个螺钉和螺母排列在三层微带天线周围，螺钉上端与第一层微带天线金属贴片齐平。
图4为带状线馈电网络，包含两个独立的馈电网络。其中将威尔金森功分器的传输线采用弯折的方式来减小面积。
图5为第一层微带天线S参数曲线图。从图中可以看出，该天线工作在北斗一代S频段(2487-2497MHz)，与其他两个端口的隔离度在这个频段内大于25dB。图6为第一层微带天线仰角分别为90度、20度和5度时增益以及仰角为90度时轴比随频率变化图。从图中可以看出该天线在这个频段，theta为0度（仰角90度）增益大于3.8dBi，theta为60度（仰角为30度）增益大于1dBi，theta为85度（仰角为5度），增益大于-1dBi，theta为0度（仰角90度）轴比小于3dB。图7为第一层微带天线中心频率(2492MHz)的辐射方向图和轴比曲线，在phi=0度和phi=90度的两个面辐射方向图的3dB波瓣宽度分别为131度和134度，并且当theta在-105度到110度的范围内，轴比小于6dB。
图8为第二层微带天线S参数曲线图。从图中可以看出，该天线工作在GPS L1/GLONASS L1频段(1560-1610MHz)，与其他两个端口的隔离度在这个频段内大于30dB。图9为第二层微带天线仰角分别为90度、30度和5度时增益以及仰角为90度时轴比随频率变化图。从图中可以看出该天线在这个频段，theta为0度（仰角90度）增益大于3.5dBi，theta为60度（仰角为30度）增益大于0dBi，theta为85度（仰角为5度），增益大于-3dBi，theta为0度（仰角90度）轴比小于0.5dB。图10为第二层微带天线中心频率(1585MHz)的辐射方向图和轴比曲线，在phi=0度和phi=90度的两个面辐射方向图的3dB波瓣宽度分别为111度和112度，并且当theta在-84度到80度的范围内，轴比小于6dB。
图11为第三层微带天线S参数曲线图。从图中可以看出，该天线工作在北斗二代B3频段(1258-1278MHz)，与其他两个端口的隔离度在这个频段内大于30dB。图12为第三层微带天线仰角分别为90度、20度和5度时增益以及仰角为90度时轴比随频率变化图。从图中可以看出该天线在这个频段，theta为0度（仰角90度）增益大于3.4dBi，theta为60度（仰角为30度）增益大于0dBi，theta为85度（仰角为5度），增益大于-2dBi，theta为0度（仰角90度）轴比小于0.8dB。图13为第三层微带天线中心频率(1268MHz)的辐射方向图和轴比曲线，在phi=0度和phi=90度的两个面辐射方向图的3dB波瓣宽度均为122度，并且当theta在-67度到67度的范围内，轴比小于6dB。
由上述描述可知，本发明所提供的三频三端口卫星导航天线具有体积小，剖面低，宽波瓣，低仰角增益和轴比好，端口隔离度高的特点，适合用于卫星导航系统终端设备。需要说明的是本发明不仅仅局限于以上实施例中，针对本发明构思所做的任何改变都将落入本发明保护范围内。

Claims (4)

1.用于北斗、GPS、GLONASS的三频卫星导航天线，采用微带叠层天线加载金属螺钉的形式，其结构从上到下依次包括：第一层微带天线金属贴片（1）和第一层介质（2）、第二层微带天线金属贴片（3）和第二层介质（4）、第三层微带天线金属贴片（5）和第三层介质（6）、第一层金属夹板（9）、第一层带状线馈电层介质（11）、第一和第二带状线馈电网络（18和19）、第二层带状线馈电层介质（12）和第二层金属夹板（10），此外还包括：金属螺钉（7）及螺帽（8）、对第一层微带天线金属贴片（1）馈电的同轴线内导体（13）和外导体（14）、对第二层微带天线金属贴片（3）馈电的同轴线内导体（15-a和15-b）以及外导体（16-a和16-b）和给第三层微带天线金属贴片（5）馈电的探针（17-a和17-b），其特征在于：
三层微带天线安装在第一层金属夹板（9）之上，给第一层微带天线金属贴片（1）馈电的同轴线处于结构中心，其外导体（14）穿过第一层金属夹板（9）和第二层金属夹板（10）、第一层带状线馈电层介质（11）和第二层带状线馈电层介质（12）、第三层微带天线金属贴片（5）和第三层介质（6）、第二层微带天线金属贴片（3）和第二层介质（4），并与第二层微带天线金属贴片（3）相连，内导体（13）穿过第一层微带天线金属贴片（1）和第一层介质（2），并与第一层微带天线金属贴片（1）相连，同轴线下端输出端口作为第一层微带天线金属贴片（1）输出端口即北斗一代S频段输出端口，第二层微带天线金属贴片（3）采用两个处于正交位置的同轴线馈电，其中外导体（16-a和16-b）的上端穿过第三层微带天线金属贴片（5）和第三层介质（6），并与第三层微带天线金属贴片（5）相连，下端与第一层金属夹板（9）相连，内导体（15-a和15-b）的上端穿过第二层微带天线金属贴片（3）和第二层介质（4），并与第二层微带天线金属贴片（3）相连，下端与第一带状线馈电网络（18）相连，第三层微带天线金属贴片（5）采用两根处于正交位置的探针（17-a和17-b）馈电，这两根探针上端穿过第三层微带天线金属贴片（5）和第三层介质（6），并与第三层微带天线金属贴片（5）相连，下端与第二带状线馈电网络（19）相连，第一和第二带状线馈电网络（18和19）位于第一层带状线馈电层介质（11）和第二层带状线馈电层介质（12）之间，其中，第一带状线馈电网络（18）的第一端口（18-a）与第二层微带天线金属贴片（3）的输出端口即GPS L1/GLONASS L1频段的输出端口相连，第二和第三端口（18-b和18-c）分别与内导体（15-a和15-b）的下端相连，第二带状线馈电网络（19）的第一端口（19-a）与第三层微带天线金属贴片（5）的输出端口即北斗B3频段的输出端口相连，第二和第三端口（19-b和19-c）分别与探针（17-a和17-b）的下端相连，在三层微带天线周围加载一组金属螺钉（7）及螺帽（8），其中金属螺钉（7）与螺帽（8）配合使用与第一层金属夹板（9）和第二层金属夹板（10）以及第一层带状线馈电层介质（11）和第二层带状线馈电层介质（12）固定在一起。
2.根据权利要求1所述的用于北斗、GPS、GLONASS的三频卫星导航天线，其特征在于：第一层介质（2）、第二层介质（4）和第三层介质（6）都为高介电常数陶瓷介质。
3.根据权利要求1所述的用于北斗、GPS、GLONASS的三频卫星导航天线，其特征在于：第一和第二带状线馈电网络（18和19）均包括一个威尔金森功分器和两段不等长的传输线。
4.根据权利要求1所述的用于北斗、GPS、GLONASS的三频卫星导航天线，其特征在于：第一层介质（2）、第二层介质（4）和第三层介质（6）的横截面均为正方形，第二层介质（4）、第三层介质（6）、第一层金属夹板（9）、第二层金属夹板（10）、第一层带状线馈电层介质（11）和第二层带状线馈电层介质（12）横截面的中心共轴，而第一层介质的中心偏离该轴。
CN201310345619.1A 2013-08-09 2013-08-09 用于北斗、gps、glonass的三频卫星导航天线 Active CN103414024B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201310345619.1A CN103414024B (zh) 2013-08-09 2013-08-09 用于北斗、gps、glonass的三频卫星导航天线

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201310345619.1A CN103414024B (zh) 2013-08-09 2013-08-09 用于北斗、gps、glonass的三频卫星导航天线

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN103414024A CN103414024A (zh) 2013-11-27
CN103414024B true CN103414024B (zh) 2016-08-10

Family

ID=49607019

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201310345619.1A Active CN103414024B (zh) 2013-08-09 2013-08-09 用于北斗、gps、glonass的三频卫星导航天线

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN103414024B (zh)

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105990654B (zh) * 2015-01-30 2019-04-12 深圳光启尖端技术有限责任公司 天线、天线系统和通信设备
CN106654577B (zh) * 2016-12-08 2019-11-29 北京遥测技术研究所 一种小型多频机载卫星导航天线
CN107317093B (zh) * 2017-05-22 2019-11-19 重庆金美通信有限责任公司 一种改善低仰角特性的单螺旋天线
CN110165384A (zh) * 2018-02-13 2019-08-23 陶格斯集团有限公司 陶瓷天线馈入孔绝缘结构
CN108682947A (zh) * 2018-05-30 2018-10-19 电子科技大学 一种用于卫星通信的宽带低仰角高增益圆极化微带天线
CN109004357A (zh) * 2018-08-16 2018-12-14 北京飞宇卓达科技有限公司 导航、测控一体化微带天线及采用该微带天线的通信设备
CN111200181B (zh) * 2020-01-06 2021-02-09 西南电子技术研究所（中国电子科技集团公司第十研究所） 兼容全向通信和卫星导航的应答组合天线
CN111864364B (zh) * 2020-07-24 2022-11-04 上海炫雅科技有限公司 一种改进圆极化切角微带天线轴比的天线结构
CN111864365B (zh) * 2020-07-24 2022-09-06 上海炫雅科技有限公司 一种带引向结构的双极化微带天线
CN112397881B (zh) * 2020-09-30 2024-03-26 北京空间飞行器总体设计部 一种适用于高轨卫星定轨的gnss天线

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19928411A1 (de) * 1999-06-22 2000-12-28 Lutz Rothe Hybrides Verbundstrahlersystem für Kommunikations- und Navigationsanwendungen
FR2918803A1 (fr) * 2007-07-11 2009-01-16 Advanten Soc Par Actions Simpl Systeme antennaire comprenant un monopole replie a multibrins parasites.
CN202695718U (zh) * 2012-07-30 2013-01-23 扬州宝军苏北电子有限公司 多馈源多波段宽波束高稳定圆极化微带天线
CN103094679A (zh) * 2013-01-08 2013-05-08 镇江南方电子有限公司 导航天线
CN202930564U (zh) * 2012-11-29 2013-05-08 深圳市鼎耀科技有限公司 一种多频卫星导航天线

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN202363587U (zh) * 2011-12-05 2012-08-01 上海海积信息科技有限公司 用于接收gps、glonass和北斗二代等多频段的卫星微带接收天线
CN102904070B (zh) * 2012-09-29 2015-02-11 航天恒星科技有限公司 一种多频点卫星导航终端天线

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19928411A1 (de) * 1999-06-22 2000-12-28 Lutz Rothe Hybrides Verbundstrahlersystem für Kommunikations- und Navigationsanwendungen
FR2918803A1 (fr) * 2007-07-11 2009-01-16 Advanten Soc Par Actions Simpl Systeme antennaire comprenant un monopole replie a multibrins parasites.
CN202695718U (zh) * 2012-07-30 2013-01-23 扬州宝军苏北电子有限公司 多馈源多波段宽波束高稳定圆极化微带天线
CN202930564U (zh) * 2012-11-29 2013-05-08 深圳市鼎耀科技有限公司 一种多频卫星导航天线
CN103094679A (zh) * 2013-01-08 2013-05-08 镇江南方电子有限公司 导航天线

Also Published As

Publication number Publication date
CN103414024A (zh) 2013-11-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN103414024B (zh) 用于北斗、gps、glonass的三频卫星导航天线
CN106252858B (zh) S/x波段共口径宽带小型化平面天线
CN109462024B (zh) 一种宽轴比波束的双频北斗导航天线
CN104505588B (zh) 一种双圆极化微带天线阵
CN103490159B (zh) Gnss多频卫星导航天线
CN108539401B (zh) 一种ltcc双层单馈圆极化微带贴片阵列天线单元
CN104882667A (zh) 一种多层四臂螺旋天线系统
CN104466380B (zh) 平面双频双圆极化阵列天线
CN102891360A (zh) 一种宽频带小型化双旋圆极化天线
CN102570016A (zh) 小型化双频圆极化异向介质微带天线
CN101752664A (zh) 基于正交耦合馈电的环形圆极化陶瓷天线
CN202487760U (zh) 基于正交同轴馈电小型化多模导航型圆极化天线
CN102324620B (zh) 一种可工作于gps和td-scdma的双频双极化天线
CN109599657A (zh) 一种基于天线阵与功分馈电网络一体化集成设计的面向5g基站天线阵列及其设计方法
CN102916263A (zh) 一种多模卫星导航天线
CN206180103U (zh) 一种小型化三频双圆极化天线
CN108123217A (zh) 一种宽带宽角双圆极化星载天线
CN110556625A (zh) 高稳定相位中心的圆极化pifa天线、gps定位系统
CN106207430A (zh) 一种新型ltcc宽频带圆极化微带贴片阵列天线
CN203747048U (zh) 一种多频段天线
CN207517872U (zh) 一种宽带圆极化缝隙天线
Yuan et al. Dual-band dual-polarized microstrip antenna for compass navigation satellite system
CN202474200U (zh) 用于高精度测量的双频微带贴片天线
CN202178385U (zh) 一种可工作于gps和td-scdma的双频双极化天线
CN206225562U (zh) 一种抗多径干扰的宽带低轴比gnss天线

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant