CN104538730B - 减少馈电网络的背向辐射影响的多模卫星导航天线 - Google Patents
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Abstract
一种减少馈电网络的背向辐射影响的多模卫星导航天线，包括叠层结构、同轴线接头、第一探针和第二探针；所述叠层结构从上而下依次包括：工作于第一频带的第一导电贴片、第一介质基片、工作于第二频带的第二导电贴片、第二介质基片、接地导电贴片、第三介质基片、馈电网络和中空结构的屏蔽层；在叠层结构的底层设有中空结构的屏蔽层，可以有效的抑制馈电网络(功分器和移相器)的背向辐射，有效的改善了天线的性能。
Description
技术领域
本发明涉及天线，特别是涉及一种减少馈电网络的背向辐射影响的多模卫星导航天线。
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。当今世界主流卫星导航系统有美国的全球定位系统(GPS)、俄罗斯的格洛纳斯系统(GLONASS)、欧洲联盟的伽利略系统(GALILEO)和我国的北斗卫星导航定位系统(COMPASS)。其中GPS全球卫星系统市场占有率和认知度较高，且终端产业链比较成熟。为了更好得结合市场推动北斗产业的发展，国内外各大导航公司、通信企业、高校等致力于北斗、GPS以及多个导航系统联合的研究，这就要求射频组件以及天线往多系统兼容的方向发展。
通常卫星导航天线采用微带天线和四臂螺旋天线两种方式。微带天线的缺点是工作频带窄，低仰角增益和轴比特性比较差；四臂螺旋天线的缺点是尺寸大，不易共形。采用微带天线方式的时候，往往由于馈电网络的背向辐射问题，导致天线的性能受到影响。
发明内容
基于此，有必要提供一种减少馈电网络的背向辐射影响的多模卫星导航天线。
一种减少馈电网络的背向辐射影响的多模卫星导航天线，包括叠层结构、同轴线接头、第一探针和第二探针；
所述叠层结构从上而下依次包括：工作于第一频带的第一导电贴片、第一介质基片、工作于第二频带的第二导电贴片、第二介质基片、接地导电贴片、第三介质基片、馈电网络和中空结构的屏蔽层；所述叠层结构设有从所述第一导电贴片依次贯穿到所述第三介质基片的第一通孔和第二通孔；所述第一通孔和第二通孔位于以所述叠层结构的中心为圆心的圆周上，并且相隔90度；
所述馈电网络包括输入端、第一输出端和第二输出端，所述同轴线接头连接所述输入端，所述第一探针穿过所述第一通孔以使所述第一导电贴片和所述第一输出端连接，所述第二探针穿过所述第二通孔以使所述第一导电贴片和所述第二输出端连接。
在其中一个实施例中，所述第一频带为1.53GHz-1.63GHz，所述第二频带为1.23GHz-1.33GHz。
在其中一个实施例中，所述第一导电贴片和所述第二导电贴片为圆片型。
在其中一个实施例中，所述第一导电贴片开设有用于切断电流的缝隙。
在其中一个实施例中，所述缝隙为十字形或H字形缝隙。
在其中一个实施例中，所述第一介质基片、所述第二介质基片和所述第三介质基片为陶瓷基片。
在其中一个实施例中，所述陶瓷基片的介电常数为10～12。
在其中一个实施例中，所述陶瓷基片的介电常数为10.45。
在其中一个实施例中，所述馈电网络包括Wilkinson功分器和90度宽带移相器。
在其中一个实施例中，所述第一探针的一端设有第一贴片，所述第二探针的一端设有第二贴片，所述第一贴片和所述第二贴片分别与所述第一导电贴片连接。
上述减少馈电网络的背向辐射影响的多模卫星导航天线，采用微带天线方式，结构紧凑，易共形。在叠层结构的底层设有中空结构的屏蔽层，可以有效的抑制馈电网络(功分器和移相器)的背向辐射，有效的改善了天线的性能。
附图说明
图1为一个实施例的减少馈电网络的背向辐射影响的多模卫星导航天线侧面示意图；
图2为一个实施例的减少馈电网络的背向辐射影响的多模卫星导航天线俯视图；
图3为另一个实施例的减少馈电网络的背向辐射影响的多模卫星导航天线俯视图；
图4为一个实施例的同轴线接头和馈电网络的俯视图；
图5为一个实施例的天线仿真和实测驻波图；
图6为一个实施例的天线仿真和实测轴比图；
图7为1.2GHz频率X-Z的轴比方向图；
图8为1.2GHz频率Y-Z的轴比方向图；
图9为1.6GHz频率X-Z的轴比方向图；
图10为1.6GHz频率Y-Z的轴比方向图；
图11为不同频率远场方向图。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
一种减少馈电网络的背向辐射影响的多模卫星导航天线，包括叠层结构、同轴线接头、第一探针和第二探针。
叠层结构从上而下依次包括：工作于第一频带的第一导电贴片、第一介质基片、工作于第二频带的第二导电贴片、第二介质基片、接地导电贴片、第三介质基片、馈电网络和中空结构的屏蔽层。
叠层结构设有从第一导电贴片依次贯穿到第三介质基片的第一通孔和第二通孔。第一通孔和第二通孔位于以叠层结构的中心为圆心的圆周上，并且相隔90度。
馈电网络包括输入端、第一输出端和第二输出端。同轴线接头连接输入端，第一探针穿过第一通孔以使第一导电贴片和第一输出端连接。第二探针穿过第二通孔以使第一导电贴片和第二输出端连接。
上述减少馈电网络的背向辐射影响的多模卫星导航天线，采用微带天线方式，结构紧凑，易共形。在叠层结构的底层设有中空结构的屏蔽层，可以有效的抑制馈电网络(功分器和移相器)的背向辐射，有效的改善了天线的性能。
图1为一个实施例的减少馈电网络的背向辐射影响的多模卫星导航天线侧面示意图，图2为一个实施例的减少馈电网络的背向辐射影响的多模卫星导航天线俯视图。
一种减少馈电网络的背向辐射影响的多模卫星导航天线，包括叠层结构100、同轴线接头200、第一探针300和第二探针400。
叠层结构100从上而下依次包括：工作于第一频带的第一导电贴片110、第一介质基片120、工作于第二频带的第二导电贴片130、第二介质基片140、接地导电贴片150、第三介质基片160、馈电网络170和中空结构的屏蔽层180。第一频带为1.53GHz-1.63GHz，第二频带为1.23GHz-1.33GHz。屏蔽层180为中空的结构，厚度介于1mm～2mm之间，用于抑制馈电网络170(功分器和移相器)的背向辐射，有效的改善了天线的性能。
第一导电贴片110和第二导电贴片130为圆片型或类圆形，都采用右旋圆极化方式。第一导电贴片110半径在22～25mm，优选为23.4mm。第二导电贴片130半径在30～35mm，优选为31.6mm。接地导电贴片150在本实施例中为方形，边长为70mm。
第一介质基片120、第二介质基片140和第三介质基片160为陶瓷基片，厚度都介于0.5mm～2mm之间，在本实施例中分别厚0.8mm、1.6mm、1mm。陶瓷基片的介电常数为10～12，优选为10.45。第一介质基片120在本实施例中为和第一导电贴片110相匹配的圆形，半径在22～25mm，优选为23.4mm。在其他实施例中还可以是其他形状，例如方形，只需确保比第一导电贴片110大即可。第二介质基片140和第三介质基片160在本实施例中都为方形，边长为70mm。当然在其他实施例中还可以做成其他形状，例如圆形。
见图3，第一导电贴片110还可以开设有用于切断电流的缝隙112。在本实施例中，缝隙112为十字形缝隙，竖缝隙和横缝隙分别长10mm，宽1mm。在其他实施例中，还可以是其他形状缝隙，只要能切断电流减少天线尺寸即可，例如H字形缝隙。
叠层结构100还设有从第一导电贴片110依次贯穿第一介质基片120、工作于第二频带的第二导电贴片130、第二介质基片140、接地导电贴片150、第三介质基片160的第一通孔101和第二通孔102。
第一通孔101和第二通孔102位于以叠层结构100的中心为圆心O、半径为R的圆周上，并且相隔90度。第一通孔101和第二通孔102作为双馈点，振幅相等，相位差90度。半径为R介于12～15mm之间，优选为13mm。第一通孔101和第二通孔102的内半径介于0.4～0.6mm之间，优选为0.45mm。
第一探针300和第二探针400用于连接第一导电贴片110和馈电网络170进行馈电。第一探针300的一端设有第一贴片，第二探针400的一端设有第二贴片，见图1，第一贴片和第二贴片分别与第一导电贴片110贴面连接。第一探针300伸入第一通孔101的针体比第一通孔101的内径小，第二探针400伸入第二通孔102的针体比第一通孔102的内径小，以避免与第二导电贴片130和接地导电贴片150接触。可以理解，还可以按需要增加探针数量，使圆极化性能更佳。
馈电网络170包括采用双级串联式结构的Wilkinson功分器174和90度宽带移相器175。见图4，Wilkinson功分器174包括输入端173，90度宽带移相器175包括第一输出端171和第二输出端172。同轴线接头200连接输入端173，第一探针300穿过第一通孔101以使第一导电贴片110和第一输出端171连接。第二探针400穿过第二通孔102以使第一导电贴片110和第二输出端172连接。馈电网络170的传输线路都采用折弯的方式来减少面积，馈电网络170工作在1.2GHz-1.6GHz的宽带内。
参阅图5和图6，从图中可以看出，VSWR＜2的带宽为50.8％，AR＜3的带宽为45.5％，驻波和轴比带宽可以完全覆盖1.2GHz-1.6GHz。VSWR为电压驻波比(VoltageStanding Wave Ratio)，AR为轴比(Axial Ratio)。参阅图7到图10，可以看出，本实施例天线具有优异的宽角仰角轴比特性。参阅图11，可以看出，在仰角大于10°时，天线的增益都大于-5dB。
上述减少馈电网络的背向辐射影响的多模卫星导航天线，满足北斗二代、GPS和GLONASS等多种卫星导航系统的带宽要求；采用微带天线方式，结构紧凑，易共形。在叠层结构的底层设有中空结构的屏蔽层，可以有效的抑制馈电网络(功分器和移相器)的背向辐射，有效的改善了天线的性能。经试验证明，上述天线的天线波束宽度宽，低仰角增益高；天线宽角仰角轴比特性好，抗多径干扰能力强。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种减少馈电网络的背向辐射影响的多模卫星导航天线，其特征在于，包括叠层结构、同轴线接头、第一探针和第二探针；
所述叠层结构从上而下依次包括：工作于第一频带的第一导电贴片、第一介质基片、工作于第二频带的第二导电贴片、第二介质基片、接地导电贴片、第三介质基片、馈电网络和中空结构的屏蔽层；所述叠层结构设有从所述第一导电贴片依次贯穿到所述第三介质基片的第一通孔和第二通孔；所述第一通孔和第二通孔位于以所述叠层结构的中心为圆心的圆周上，并且相隔90度；
所述馈电网络包括输入端、第一输出端和第二输出端，所述同轴线接头连接所述输入端，所述第一探针穿过所述第一通孔以使所述第一导电贴片和所述第一输出端连接，所述第二探针穿过所述第二通孔以使所述第一导电贴片和所述第二输出端连接，所述第一探针与所述第二探针用于连接所述第一导电贴片与所述馈电网络进行馈电；所述屏蔽层厚度为1mm～2mm。
2.根据权利要求1所述的减少馈电网络的背向辐射影响的多模卫星导航天线，其特征在于，所述第一频带为1.53GHz-1.63GHz，所述第二频带为1.23GHz-1.33GHz。
3.根据权利要求1所述的减少馈电网络的背向辐射影响的多模卫星导航天线，其特征在于，所述第一导电贴片和所述第二导电贴片为圆片型。
4.根据权利要求1所述的减少馈电网络的背向辐射影响的多模卫星导航天线，其特征在于，所述第一导电贴片开设有用于切断电流的缝隙。
5.根据权利要求4所述的减少馈电网络的背向辐射影响的多模卫星导航天线，其特征在于，所述缝隙为十字形或H字形缝隙。
6.根据权利要求1所述的减少馈电网络的背向辐射影响的多模卫星导航天线，其特征在于，所述第一介质基片、所述第二介质基片和所述第三介质基片为陶瓷基片。
7.根据权利要求6所述的减少馈电网络的背向辐射影响的多模卫星导航天线，其特征在于，所述陶瓷基片的介电常数为10～12。
8.根据权利要求7所述的减少馈电网络的背向辐射影响的多模卫星导航天线，其特征在于，所述陶瓷基片的介电常数为10.45。
9.根据权利要求1所述的减少馈电网络的背向辐射影响的多模卫星导航天线，其特征在于，所述馈电网络包括Wilkinson功分器和90度宽带移相器。
10.根据权利要求1所述的减少馈电网络的背向辐射影响的多模卫星导航天线，其特征在于，所述第一探针的一端设有第一贴片，所述第二探针的一端设有第二贴片，所述第一贴片和所述第二贴片分别与所述第一导电贴片连接。
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