CN104934699B - 一种三频双极化微带天线 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种三频双极化微带天线，其中，所述三频双极化微带天线由上到下依次设置有上层微带天线、上层介质基板、中间层微带天线、中间层介质基板、下层微带天线、下层介质基板以及反射板；其中，所述上层微带天线在GSM 1800频率下工作，所述中间层微带天线在GPS L1频率下工作，所述下层微带天线在GPS L2频率下工作；还设置有一连接于所述反射板的馈电探针，所述馈电探针穿过所述下层微带天线和中间层微带天线，并与所述上层微带天线连接。通过本发明有效解决了现有技术中多天线的共存会产生相互耦合并且对系统的性能产生负效应的问题，且其结构简单易实现，使得所制备出的三频双极化微带天线可以应用于手持终端设备。

Description

一种三频双极化微带天线

技术领域

本发明涉及卫星导航天线领域，尤其涉及一种三频双极化微带天线。

背景技术

随着科技的不断进步，人们对于利用全球定位系统GPS以得到更精确时间和定位信息的需求不断增加，因而促进了这一技术领域的研究和不断发展。对于测量和地理信息应用，大部分手持终端采用的是GPS L1频率（1.575 GHz），GPS L1频率也在车载上被广泛应用，例如，GPS L1频带和GPS L2频带（1.227 GHz）差分GPS（DGPS）在测量系统可以得到小于10 cm的误差范围。GPS L1和GPS L2频带与地面无线通信网络（比如全球移动通信系统）的集成可以促进来自信息源和基站的数据的传播，精确定时和定位信息的及时评价可以通过终端用户得到。

一种能够利用无线功能的系统要求天线系统工作在不同的频带上，然而现有技术中，在有限的空间内，多天线的共存会产生相互耦合并且对系统的性能产生负效应，而具有多功能和多波段的单个天线可以有效的同时解决这一问题。

人们在覆盖GPS L1和移动通讯频率的双带天线设计方面已经做了很多研究。例如，低成本的辐射层叠线贴片GSM天线与有源的切角GPS印刷天线，这种天线采用了两种不同的地面；Kevin等人提出了一种GPS L1和卫星数字音频广播系统（SDARS）的层叠贴片天线，天线支持双极化，GPS L1是右旋圆极化（RHCP），SDARS是左旋圆极化（LHCP），在这一天线中，采用了高介电常数介质降低贴片的尺寸；单极子天线和阿基米德螺旋天线的集成得到了GPS和GSM/GPRS/COSPAS-SARSA双频带；加载空气基板的切角方环形贴片天线GPS L1和单极子天线UMTS产生了圆极化和线极化辐射方向图；工作于GPS/DCS的双频带层叠天线也被提出，GPS频段的切角方形贴片天线工作在基模，DCS频带的环形贴片工作在TM₂₁模式，天线采用双馈方式馈电，和地面的上的四个槽相互耦合，这种馈电方式可以有效的增加阻抗带宽和降低共振频率。然而，以上这些天线只是研究了包含GPS L1和移动通讯频带的双带天线，而且馈电系统的复杂性和高介电常数介质材料的使用降低了这些天线的增益，进而影响其性能，降低了手持终端天线的效率。

因此，现有技术还有待于改进和发展。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种三频双极化微带天线，同时解决现有技术中多天线的共存会产生相互耦合并且对系统的性能产生负效应，造成天线增益低、结构复杂，不利于设置在手持终端设备上的问题。

本发明的技术方案如下：

一种三频双极化微带天线，其中，所述三频双极化微带天线由上到下依次设置有上层微带天线、上层介质基板、中间层微带天线、中间层介质基板、下层微带天线、下层介质基板以及反射板；其中，所述上层微带天线在GSM 1800频率下工作，所述中间层微带天线在GPS L1频率下工作，所述下层微带天线在GPS L2频率下工作；还设置有一连接于反射板上的馈电探针，所述馈电探针穿过所述下层微带天线和中间层微带天线，并与所述上层微带天线连接。

所述三频双极化微带天线，其中，所述下层微带天线和中间层微带天线上均设置有一过孔，所述馈电探针穿过所述下层微带天线和中间层微带天线上的过孔，与所述上层微带天线连接。

所述三频双极化微带天线，其中，所述上层介质基板、中间层微带天线、中间层介质基板、下层微带天线、下层介质基板和反射板的中心均相互重合；所述上层介质基板、中间层介质基板、下层介质基板和反射板均为正方形结构；所述中间层微带天线和下层微带天线均为圆形结构。

所述三频双极化微带天线，其中，所述上层微带天线为圆形结构，其中心偏移所述上层介质基板的中心。

所述三频双极化微带天线，其中，所述中间层微带天线上对称设置有一对凸出的截线，所述截线用于进行微扰形成圆极化。

所述三频双极化微带天线，其中，所述下层微带天线上对称设置有一对凸出的截线，所述截线用于进行微扰形成圆极化。

有益效果：本发明提出一种三频双极化微带天线，其采用单馈、层叠等结构，设计出一种工作在GPS L1、L2以及GSM 1800上的三频双极化天线，有效解决了现有技术中多天线的共存会产生相互耦合并且对系统的性能产生负效应的问题，且其结构简单易实现，使得所制备出的三频双极化微带天线可以应用于手持终端设备。

附图说明

图1为本发明实施例中所述三频双极化微带天线的俯视图。

图2为图1所述三频双极化微带天线中A处的剖视图。

图3为本发明实施例中所述三频双极化微带天线的S参数图。

图4为频率f=1.575 GHz时，本发明所述三频双极化微带天线在xz面和yz面的辐射方向图。

图5为频率f=1.227 GHz时，本发明所述三频双极化微带天线在xz面和yz面的的辐射方向图。

图6为频率f=1.8 GHz时，本发明所述三频双极化微带天线在xz面和yz面的辐射方向图。

具体实施方式

本发明提供一种三频双极化微带天线，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1及2所示，图1为本发明实施例中所述三频双极化微带天线的俯视图；图2为图1中A处剖视图（A处经过馈电探针8），本发明提供一种三频双极化微带天线，具体地，所述三频双极化微带天线由上到下依次设置有上层微带天线1、上层介质基板4、中间层微带天线2、中间层介质基板5、下层微带天线3、下层介质基板6以及反射板7。另外，本发明所述三频双极化微带天线中还设置有一馈电探针8，所述馈电探针8的一端穿过所述下层微带天线3和中间层微带天线2，并与所述上层微带天线1连接；所述馈电探针8的另一端连接于所述反射板7上。本发明实施例采用单馈、层叠等结构，设计出一种工作在GPS L1、L2以及GSM1800上的三频双极化天线，有效解决了现有技术中多天线的共存会产生相互耦合并且对系统的性能产生负效应的问题，且其结构简单易实现，使得所制备出的三频双极化微带天线可以应用于手持终端设备。

其中，所述上层微带天线在GSM 1800频率下工作，所述中间层微带天线在GPS L1频率下工作，所述下层微带天线在GPS L2频率下工作。而GPS L1和GPS L2频带具有较宽的圆极化辐射方向图，GSM 1800频带在线极化上进行工作，本发明所述天线工作在GPS L1、L2以及GSM 1800这三个频带上，能够避免多天线产生耦合从而降低天线辐射性能的现象，并且所述三频双极化微带天线结构简单，不同的频带使得其能良好地应用于手持终端设备中。

具体而言，本发明所述下层微带天线3和中间层微带2天线上均设置有一过孔，所述馈电探针穿过所述下层微带天线3和中间层微带天线2上的过孔，与所述上层微带天线1连接。优选地，所述下层微带天线3和所述中间层微带天线2中通过电磁耦合进行馈电，而它们的过孔上也引入了电容耦合，进而降低了馈电探针内导体的电感效应，进一步可拓展天线的带宽。优选地，所述上层介质基板4、中间层微带天线2、中间层介质基板5、下层微带天线3、下层介质基板6和反射板7的中心均相互重合，此处需要说明的是，因为上述结构（不包括截线）均优选采用中心对称结构，因此所述中心指的是各个结构的几何中心位置，例如当该结构为圆形时，则其中心指的是该圆形的中心轴位置，当该结构是正方形时，则其中心指的是正方形两条对角线相交的位置。

优选地，所述上层介质基板4、中间层介质基板5、下层介质基板6和反射板7均为正方形结构；而中间层微带天线2和下层微带天线3均为圆形结构；并且较佳实施例中，所述中间层微带天线2和下层微带天线3的面积均小于所述所述上层介质基板4、中间层介质基板5、下层介质基板6和反射板7的面积。另外，所述上层微带天线1为圆形结构，其中心偏移所述上层介质基板4、中间层微带天线2、中间层介质基板5、下层微带天线3、下层介质基板6以及反射板7的中心；因为当所述上层微带天线1的中心进行偏移时，其能实现更优的阻抗匹配，使所述三频双极化微带天线增益不会降低，能保持良好的辐射性能。

更优选地，请参见图1，所述中间层微带天线2上对称设置有一对用于进行微扰的截线，所述截线的材料与中间层微带天线的材料相同，其对称设置在所述中间层微带天线的边缘位置上。优选地，所述下层微带天线3上也对称设置有一对用于进行微扰的截线（图2中圆上凸出的部分），并且所述下层微带天线3上所设置的截线角度与所述中间层微带天线2上的截线角度一致，即4个截线处于同一条线上。添加短截线结构进行微扰，可以实现右旋圆极化，而上层微带天线1是线极化天线。

在另一较佳实施例中，所述上层介质基板4、中间层微带天线2、中间层介质基板5、下层微带天线3、下层介质基板6以及反射板7均为圆形结构或均为正方形结构，且中心同样地相互重合。优选地，所述上层微带天线也可为正方形结构。即所述三频双极化微带天线中的各个部分的形状可以根据实际情况进行选择，其优选为中心对称结构。

如图所示，图3为本发明所述三频双极化天线的S参数图，在GPS L1、L2以及GSM1800三个频带上都处于-10 dB以下。图4为频率f=1.575 GHz时，本发明所述三频双极化微带天线在xz面和yz面的的辐射方向图，由图可知右旋圆极化增益比左旋圆极化增益高12dB左右，右旋圆极化的后瓣小于-15 dB，右旋圆极化的前后比大于20 dB；图5为频率f=1.227 GHz时，本发明所述三频双极化微带天线在xz面和yz面的的辐射方向图，由图可知，右旋圆极化增益比左旋圆极化增益高12 dB左右，右旋圆极化的后瓣小于-15 dB，右旋圆极化的前后比大于19 dB；图6为频率f=1.8 GHz时，本发明所述三频双极化微带天线在xz面和yz面的辐射方向图，由图可知，主极化比交叉极化高20 dB左右。

需要说明的是，本发明中附图仅为本发明中实施例的示意图，其并不对本发明进行限制。

综上所述，本发明一种三频双极化微带天线，其采用单馈、层叠等结构，设计出一种工作在GPS L1、L2以及GSM 1800上的三频双极化天线，有效解决了现有技术中多天线的共存会产生相互耦合并且对系统的性能产生负效应的问题，且其结构简单易实现，使得所制备出的三频双极化微带天线可以应用于手持终端设备。

应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (2)

1.一种三频双极化微带天线，其特征在于，所述三频双极化微带天线由上到下依次设置有上层微带天线、上层介质基板、中间层微带天线、中间层介质基板、下层微带天线、下层介质基板以及反射板；其中，所述上层微带天线在GSM 1800频率下工作，所述中间层微带天线在GPS L1频率下工作，所述下层微带天线在GPS L2频率下工作；

还设置有一连接于反射板上的馈电探针，所述馈电探针穿过所述下层微带天线和中间层微带天线，并与所述上层微带天线连接；

所述中间层微带天线上对称设置有一对凸出的截线，所述截线用于进行微扰形成圆极化；

所述下层微带天线上对称设置有一对凸出的截线，所述截线用于进行微扰形成圆极化；

所述截线与微带天线的材料相同，对称设置在中间层微带天线和下层微带天线的边缘位置上，且所述下层微带天线上所设置的截线角度与所述中间层微带天线上的截线角度一致，4个截线处于同一条线上；

所述上层介质基板、中间层微带天线、中间层介质基板、下层微带天线、下层介质基板和反射板的中心均相互重合；所述上层介质基板、中间层介质基板、下层介质基板和反射板均为正方形结构；所述中间层微带天线和下层微带天线均为圆形结构；所述中间层微带天线和下层微带天线的面积均小于所述上层介质基板、中间层介质基板、下层介质基板和反射板的面积；

所述上层微带天线为圆形结构，其中心偏移所述上层介质基板的中心；当所述上层微带天线的中心进行偏移时，实现更优的阻抗匹配，使所述三频双极化微带天线增益不会降低，保持良好的辐射性能。

2.根据权利要求1所述三频双极化微带天线，其特征在于，所述下层微带天线和中间层微带天线上均设置有一过孔，所述馈电探针穿过所述下层微带天线和中间层微带天线上的过孔，与所述上层微带天线连接。