CN104682016A - 一种多频小型化手持机天线 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多频小型化手持机天线，包括金属底板和馈电线路板，其特征在于，在所述线路板上由下到上依次设置有下层陶瓷天线、中层陶瓷天线和上层陶瓷天线；馈电线路板设置有与所述下层陶瓷天线、中层陶瓷天线和上层陶瓷天线对应连接的移相网络、馈电孔位和接头安装位；下层介质厚度为3-5毫米，采用介电常数为9.8的氧化铝陶瓷介质；中层介质17厚度为3-6毫米，采用介电常数范围在13-17之间的陶瓷介质；上层介质厚度为2-4毫米，采用介电常数9.8的氧化铝介质。本发明结构简单，能同时接收多个频段的卫星导航信号，并且具有结构小巧牢固，在各个工作频段上都具有良好的驻波比、圆极化轴比和底仰角增益性能。

Description

一种多频小型化手持机天线

技术领域

本发明涉及天线技术领域，更具体的是涉及一种小型化手持机天线。

背景技术

众所周知，卫星导航系统就是利于人造地球卫星进行无线电导航的系统。它的基本功能是向各类用户实时地提供准确、连续的位置、速度和时间等信息，进而完成对目标的导航、定位、监测与管理。由于具有高精度、全天候以及实时性等特点，卫星导航系统在军事及民用领域中应用日益广泛，并且发挥着越来越重要的作用。

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。

另外，由于导航天线使用环境的限制，通常要求天线具有小型化和高可靠性性能以满足各种安装、使用环境的特殊要求，例如安装于车辆、飞行器、手持导航设备的需要，这就要求导航天线在满足电气性能指标的同时还要满足结构小巧牢靠、耐高低温及高强度温度冲击、振动等可靠性要求。

目前普遍使用的卫星导航天线一般是单频工作，为了实现多频工作常采用的技术途径是多天线组合法，即将多个单频天线组合在一起，在空间布局上采用同一平面内的水平布局，这种方法不仅增加了天线尺寸而且在电气性能上不能保证天线的低仰角增益性能，还会造成天线辐射方向产生偏斜，各天线间的电磁耦合增大从而降低了天线的性能，特别是工作频率靠近的天线更是相互干扰严重，在实际使用中往往出现接收卫星信号不好的现象，甚至造成终端设备无法正常工作。

发明内容

本发明的目的就是为了解决现有技术之不足而提供的一种结构简单，体积小巧牢固，可靠性高的多频小型化手持机天线。

本发明是采用如下技术解决方案来实现上述目的：一种多频小型化手持机天线，包括金属底板和馈电线路板，其特征在于，在所述线路板上由下到上依次设置有下层陶瓷天线、中层陶瓷天线和上层陶瓷天线；馈电线路板设置有与所述下层陶瓷天线、中层陶瓷天线和上层陶瓷天线对应连接的移相网络、馈电孔位和接头安装位；下层陶瓷天线、中层陶瓷天线和上层陶瓷天线分别工作于不同的工作频带。

作为上述方案的进一步说明，所述下层陶瓷天线、中层陶瓷天线、上层陶瓷天线的面积逐渐变小。

所述下层陶瓷天线、中层陶瓷天线和上层陶瓷天线分别工作于北斗系统的L频段、B3频段和S频段。

所述下层陶瓷天线由下到上依次包括下层金属反射层、下层介质、下层辐射贴片；下层介质厚度为3～5毫米，采用介电常数为9.8的氧化铝陶瓷介质结构。

所述中层陶瓷天线由下到上依次包括中层金属反射层、中层介质、中层辐射贴片；中层介质17厚度为3-6毫米，采用介电常数范围在13-17之间的陶瓷介质结构。

所述上层陶瓷由下到上依次包括下层金属反射层、上层介质、上层辐射贴片；上层介质厚度为2-4毫米，采用介电常数9.8的氧化铝介质结构。

所述下层陶瓷天线连接有下层馈电针，中层陶瓷天线设有两根90度正交的中层馈电针，上层陶瓷天线中部设有上层馈电针，中层陶瓷天线中部设有与上层馈电针同轴心对齐的其内壁镀金属的金属化过孔，金属化过孔的直径范围3-5毫米；下层陶瓷天线中部设有内壁镀金属的金属化圆环孔，金属化圆环孔直径为10～20毫米，金属圆环孔的镀金属内壁与下层陶瓷天线的辐射贴片、金属反射层形成导电连接，其作用是电气上和馈点上隔离穿越下层陶瓷天线给上、中层陶瓷天线馈电的馈电针，达到降低下层微带天线与中、上层陶瓷天线间的电磁耦合的效果。

所述下层陶瓷天线中部的金属化圆环孔半径必须大于中层陶瓷馈电位离中心点的半径；中层陶瓷天线馈电孔与上层陶瓷天线馈电孔均在下层陶瓷天线的金属圆环孔内。

所述金属底板、馈电线路板配合天线总高度不超过18毫米，整体组装长度不超过75毫米，宽度不超过50毫米。

所述金属底板的边角设置有四个安装孔，馈电线路板四周开圆孔并嵌入金属底板四个安装孔上，并用弹垫和螺丝使之固定，所述下层陶瓷天线的金属反射层和天线线路板上层焊接，下层陶瓷天线、中层陶瓷天线和上层陶瓷天线也同时焊接。

本发明采用上述技术解决方案所能达到的有益效果是：

1、本发明能够同时接收或发射多个频段的导航卫星信号，并且具有小型化，牢固可靠性高的结构特性。本发明在各个工作频段上都具有良好的驻波比，圆极化轴比以及底仰角增益性能。

2、本发明采用居中对称多层上下叠放的结构形式，同时采用陶瓷材料加工，不仅在平面结构上比传统的微波复合材料更省空间，使其能更容易安装于各种小型手持设备上，而且各陶瓷天线锡焊焊接，保证结构的牢靠，并且通过特殊金属化孔和馈电位置的设计，保证了各层天线间的高隔离度，从而保证了天线具有较好的增益和轴比性能。

附图说明

图1为本发明的组装结构示意图；

图2为本发明的陶瓷天线整体主视图；

图3为本发明的陶瓷天线整体剖面图；

图4为本发明的陶瓷天线下层天线的主视图；

图5为本发明的陶瓷天线下层天线的剖面图；

图6为本发明的陶瓷天线中层天线的主视图；

图7为本发明的陶瓷天线中层天线的剖面图；

图8为本发明的陶瓷天线上层天线的主视图；

图9为本发明的陶瓷天线上层天线的剖面图。

附图标记说明：1、金属底板2、馈电线路板3、下层陶瓷天线4、中层陶瓷天线5、上层陶瓷天线6、螺丝7、馈电针8、上层馈针9、下层馈电针10、金属化圆环孔11、辐射贴片12、下层金属反射层13、下层介质14、金属化过孔15、中层辐射贴片16、中层金属反射层17、中层介质18、下层辐射贴片19、下层介质20、下层金属反射层。

具体实施方式

以下结合具体实施例对本发明的具体实施方案作进一步的详述。

如图1-图9所示，本发明一种多频小型化手持机天线，包括金属底板1和馈电线路板2，在所述线路板上由下到上依次设置有下层陶瓷天线、中层陶瓷天线和上层陶瓷天线；馈电线路板设置有与所述下层陶瓷天线、中层陶瓷天线和上层陶瓷天线对应连接的移相网络、馈电孔位和接头安装位。本实施例中，下层陶瓷天线3、中层陶瓷天线4和上层陶瓷天线5由下到上一次按对称中心叠设成片状；下层陶瓷天线3、中层陶瓷天线4和上层陶瓷天线5分别工作于北斗系统的L频段、B3频段和S频段。金属底板1与馈电线路板2用平垫和螺丝6进行锁紧固定。下层陶瓷天线、中层陶瓷天线、上层陶瓷天线的面积逐渐变小。

上层陶瓷天线5由下至上依次包括下层金属反射层20、下层介质19、下层辐射贴片18，上层陶瓷天线中部设有上层馈电针8，并焊牢。上层介质19厚度为2-4毫米，采用介电常数9.8的氧化铝材料。以使天线工作于北斗S频段。

中层陶瓷天线4由下至上依次包括中层金属反射层16、中层介质17、中层辐射贴片15,中层陶瓷天线4设有两根90度正交的馈电针7，目的是为了配合天线馈电板的移相网络，获得良好的宽带圆极化轴比性能；中层陶瓷天线4中部设有与上层馈电针8同轴心对齐的金属化过孔14，过孔直径范围3-5毫米。中层介质17厚度为3-6毫米，采用介电常数范围在13-17之间的中高介电常数的陶瓷材料，对于天线工作频带宽的要求，选用介质厚度较大的陶瓷材料有利于拓展天线工作带宽。本实施例中，中层介质17厚度为6毫米，采用介电常数为15的陶瓷材料。以使天线工作于北斗B3频段。

下层陶瓷天线由下至上依次包括下层金属反射层12、下层介质13、下层辐射贴片11，下层陶瓷天线3中部设有金属化圆环孔10,其中，金属化圆环孔是指在圆环孔壁上镀金属使其和下层辐射贴片11、下层金属反射层12形成导电连接，其作用是电气上和馈点上隔离穿越下层陶瓷天线2给上、中层陶瓷天线馈电的馈电针，达到降低下层微带天线与中、上层陶瓷天线间的电磁耦合的效果。下层陶瓷天线3与下层馈电针9锡焊焊牢。金属化圆环孔10的孔径范围在10～20毫米之间；下层介质13厚度为3～5毫米。本实施例中，金属化圆环孔10的圆周直径为20毫米；下层馈电针直径为1毫米；下层介质3采用介电常数为9.8的氧化铝陶瓷材料，这是一种在射频领域广泛应用的陶瓷材料，性能稳定可靠，结构强度高。下层辐射面11的面积为43*43毫米，调整辐射面，以使其工作频带能GPS、北斗Ｂ1和北斗Ｌ频段。本实例使用的是北斗Ｌ频段。

本实施例中，馈电线路板2四周开圆孔并嵌入金属底板1四个安装孔上，并用弹垫跟螺丝使之固定，所述下层陶瓷天线的金属反射层和所述的天线线路板上层通过锡焊焊接，所述下层陶瓷天线3、中层陶瓷天线4和上层陶瓷天线5也同时通过锡焊焊接。

以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，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。

Claims (9)

1.一种多频小型化手持机天线，包括金属底板和馈电线路板，其特征在于，在所述线路板上由下到上依次设置有下层陶瓷天线、中层陶瓷天线和上层陶瓷天线；馈电线路板设置有与所述下层陶瓷天线、中层陶瓷天线和上层陶瓷天线对应连接的移相网络、馈电孔位和接头安装位；下层陶瓷天线、中层陶瓷天线和上层陶瓷天线分别工作于北斗系统的L频段、B3频段和S频段；下层介质厚度为3～5毫米，采用介电常数为9.8的氧化铝陶瓷介质；中层介质17厚度为3-6毫米，采用介电常数范围在13-17之间的陶瓷介质；上层介质厚度为2-4毫米，采用介电常数9.8的氧化铝介质。

2.根据权利要求1所述的多频小型化手持机天线，其特征在于，所述下层陶瓷天线、中层陶瓷天线、上层陶瓷天线的面积逐渐变小。

3.根据权利要求1或2所述的多频小型化手持机天线，其特征在于，所述下层陶瓷天线由下到上依次包括下层金属反射层、下层介质、下层辐射贴片。

4.根据权利要求1或2所述的多频小型化手持机天线，其特征在于，所述中层陶瓷天线由下到上依次包括中层金属反射层、中层介质、中层辐射贴片。

5.根据权利要求1或2所述的多频小型化手持机天线，其特征在于，所述上层陶瓷由下到上依次包括下层金属反射层、上层介质、上层辐射贴片。

6.根据权利要求1所述的多频小型化手持机天线，其特征在于，所述下层陶瓷天线连接有下层馈电针，中层陶瓷天线设有两根90度正交的中层馈电针，上层陶瓷天线中部设有上层馈电针，中层陶瓷天线中部设有与上层馈电针同轴心对齐的其内壁镀金属的金属化过孔，金属化过孔的直径范围3-5毫米；下层陶瓷天线中部设有内壁镀金属的金属化圆环孔，金属化圆环孔直径为10～20毫米，金属圆环孔的镀金属内壁与下层陶瓷天线的辐射贴片、金属反射层形成导电连接。

7.根据权利要求6所述的多频小型化手持机天线，其特征在于，所述下层陶瓷天线中部的金属化圆环孔半径必须大于中层陶瓷馈电位离中心点的半径；中层陶瓷天线馈电孔与上层陶瓷天线馈电孔均在下层陶瓷天线的金属圆环孔内。

8.根据权利要求1或2所述的多频小型化手持机天线，其特征在于，所述金属底板、馈电线路板配合天线总高度不超过18毫米，整体组装长度不超过75毫米，宽度不超过50毫米。

9.根据权利要求1所述的多频小型化手持机天线，其特征在于，所述金属底板的边角设置有四个安装孔，馈电线路板四周开圆孔并嵌入金属底板四个安装孔上，并用弹垫和螺丝固定，所述下层陶瓷天线的金属反射层和天线线路板上层焊接，下层陶瓷天线、中层陶瓷天线和上层陶瓷天线也同时焊接。