CN105305046A - 电磁耦合馈电北斗一代卫星导航收发天线 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种电磁耦合馈电北斗一代卫星导航收发天线。包括一上层介质板、一下层介质板、一圆盘耦合铜片和一十字形耦合铜片；所述上层介质板平行设置于所述下层介质板上方，且上、下层介质板之间间隔形成一空气层；所述上层介质板的上、下表面分别设置有S频段的天线辐射贴片、L频段的天线辐射贴片，所述下层介质板的下表面设置有接地板；所述圆盘耦合铜片和十字耦合铜片位于空气层中的同一高度且平行于上层介质板，所述圆盘耦合铜片的圆心与第一馈电探针相连，所述十字耦合铜片的馈电一端与第二馈电探针相连。本发明能够实现北斗一代的定位和短报文通信功能，具有低剖面、高增益、低成本、宽频带和加工可允许误差大等优点，可很好地应用于北斗导航终端设备。
Description
技术领域
本发明涉及一种电磁耦合馈电北斗一代卫星导航收发天线。
背景技术
北斗卫星导航系统是由我国自主研发的全球卫星定位与通信系统，随着北斗卫星导航系统的逐步建立和完善，基于北斗卫星导航系统的定位和通信技术在迅速发展，已经渗透到各个领域并广泛应用于军事、交通、水利、抢险救灾等相关应用中。从2002年开始，国内陆续有一些企业投入了大量的人力和物力进行北斗用户机天线的研究。北斗导航接收机天线在回波损耗、低仰角增益、收发端口间隔离度等方面都有较高的指标要求。为了达到北斗天线较高的指标要求，目前市场上的天线通常采用低损耗角正切和高介电常数的高频板材，材料比较贵，多数天线带宽较小，要求加工精度很高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种电磁耦合馈电北斗一代卫星导航收发天线，能够实现北斗一代的定位和短报文通信功能，由FR4覆铜板及填充的空气层组成，具有低剖面、高增益、低成本的优点，可很好地应用于北斗导航终端设备。
为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种电磁耦合馈电北斗一代卫星导航收发天线，包括一上层介质板、一下层介质板、一圆盘耦合铜片和一十字耦合铜片；所述上层介质板平行设置于所述下层介质板上方，且上、下层介质板之间间隔形成一空气层；所述上层介质板的上、下表面分别设置有S频段的天线辐射贴片、L频段的天线辐射贴片，所述下层介质板的下表面设置有接地板；所述圆盘耦合铜片和十字耦合铜片位于空气层中的同一高度且平行于上层介质板，所述圆盘耦合铜片的圆心与第一馈电探针相连，所述十字耦合铜片的馈电一端与第二馈电探针相连。
在本发明一实施例中，所述上层介质板与下层介质板通过塑料螺丝柱固定。
在本发明一实施例中，所述下层介质板的下表面还设置有分别与第一馈电探针、第二馈电探针连接的SMA接头。
在本发明一实施例中，所述S频段的天线辐射贴片为一开十字缝的圆形辐射贴片，所述L频段的天线辐射贴片为一中间开圆孔的方形辐射贴片，且该方形辐射贴片的圆孔直径大于所述圆形辐射贴片的直径，以使得方形辐射贴片与圆形辐射贴片之间在水平方向上形成环形间隙，所述方形辐射贴片的四边具有不同大小的两对切角，且其中相对的两边中间开缝与不同大小的两对切角共同形成微扰，产生圆极化波。
在本发明一实施例中，所述方形辐射贴片的尺寸与所述上层介质板的尺寸相当，所述圆形辐射贴片的尺寸小于方形辐射贴片的尺寸；所述下层介质板的尺寸大于上层介质板的尺寸。
在本发明一实施例中，所述上层介质板的尺寸为58mm×58mm×0.6mm，所述下层介质板的尺寸为85mm×85mm×0.6mm，所述圆形辐射贴片的半径为19mm，其十字缝的纵缝、横缝长度分别为32mm、29mm，宽度均为2mm；所述方形辐射贴片的边长为58mm。
在本发明一实施例中，所述空气层的高度为5.4mm。
在本发明一实施例中，所述圆盘耦合铜片位于所述上层介质板的斜对角线上，所述十字耦合铜片的馈电一端位于S频段的天线辐射贴片及L频段的天线辐射贴片的中心处。
在本发明一实施例中，所述圆盘耦合铜片半径为2.5mm，其圆心距离S频段的天线辐射贴片及L频段的天线辐射贴片的中心处距离为19mm；所述十字耦合铜片的纵、横长分别为18mm，8mm，宽均为2mm。
相较于现有技术，本发明具有以下有益效果：
本发明能用于北斗一代L频段信号发射和S频段信号接收，实现北斗一代的定位和短报文通信功能；天线由FR4覆铜板及填充空气层组成，具有低剖面、高增益、低成本、宽频带和加工可允许误差大等优点，可很好地应用于北斗导航终端设备。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图。
图2为图1的俯视图。
图3为天线在L频段反射系数图。
图4为天线在频率为1.616GHz时的轴比图。
图5为天线在频率为1.616GHz增益图。
图6为天线在S频段反射系数图。
图7为天线在频率为2.492GHz时的轴比图。
图8为天线在频率为2.492GHz时的增益图。
图9为天线在发射端口工作频段（L频段）时的两端口间隔离度。
图中：1-S频段的天线辐射贴片，2-L频段的天线辐射贴片，3-第一馈电探针，4-塑料螺丝柱，5-L频段SMA接头，6-圆盘耦合铜片，7-上层介质板，8-十字耦合铜片，9-第二馈电探针，10-下层介质板，11-接地板，12-S频段SMA接头，13、15、16、18-切角微扰，14、17-开缝微扰。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的技术方案进行具体说明。
如图1-2所示，本发明一种电磁耦合馈电北斗一代卫星导航收发天线，包括一上层介质板7、一下层介质板10、一圆盘耦合铜片6和一十字耦合铜片8；所述上层介质板7平行设置于所述下层介质板10上方，且上、下层介质板之间间隔形成一空气层（所述空气层的高度为5.4mm。）；所述上层介质板7的上、下表面分别设置有S频段的天线辐射贴片1、L频段的天线辐射贴片2，所述下层介质板10的下表面设置有接地板11；所述圆盘耦合铜片6和十字耦合铜片8位于空气层中的同一高度且平行于上层介质板7，所述圆盘耦合铜片6的圆心与第一馈电探针3相连，所述十字耦合铜片8的馈电一端与第二馈电探针9相连。所述上层介质板7与下层介质板10通过塑料螺丝柱4固定。
所述下层介质板10的下表面还设置有分别与第一馈电探针3、第二馈电探针9连接的SMA接头（第一馈电探针3与L频段SMA接头5连接，第二馈电探针9与S频段SMA接头12连接）。
所述S频段的天线辐射贴片1为一开十字缝的圆形辐射贴片，所述L频段的天线辐射贴片2为一中间开圆孔的方形辐射贴片，且该方形辐射贴片的圆孔直径大于所述圆形辐射贴片的直径，以使得方形辐射贴片与圆形辐射贴片之间在水平方向上形成环形间隙，所述方形辐射贴片的四边具有不同大小的两对切角，且其中相对的两边中间开缝，与不同大小的两对切角共同形成微扰（即切角13、15、16、18和开缝14、17），产生圆极化波。
所述方形辐射贴片中间的圆孔位于所述圆形辐射贴片十字缝中心的正下方。
所述方形辐射贴片的尺寸与所述上层介质板7的尺寸相当，所述圆形辐射贴片的尺寸小于方形辐射贴片的尺寸；所述下层介质板10的尺寸大于上层介质板7的尺寸。所述上层介质板7的尺寸为58mm×58mm×0.6mm，所述下层介质板10的尺寸为85mm×85mm×0.6mm，所述圆形辐射贴片的半径为19mm，其十字缝的纵缝、横缝长度分别为32mm、29mm，宽度均为2mm；所述方形辐射贴片的边长为58mm。
所述圆盘耦合铜片位于所述上层介质板的斜对角线上，所述十字耦合铜片的馈电一端位于S频段的天线辐射贴片及L频段的天线辐射贴片的中心处。所述圆盘耦合铜片半径为2.5mm，其圆心距离S频段的天线辐射贴片及L频段的天线辐射贴片的中心处距离为19mm；所述十字耦合铜片的纵、横长分别为18mm，8mm，宽均为2mm。
图3给出了L频段（发射信号频段）的反射系数（S11），从图中可以看出，-10dB带宽约为20MHz。图4给出了在L频段中心频率1.616GHz时的轴比，图中显示轴比小于3dB的波束覆盖范围约为140度。图5给出了在1.616GHz时的增益，从图中可以看出，增益约为5.9dB。
图6给出了S频段（接收信号频段）的反射系数（S11），从图中可以看出，-10dB带宽约为120MHz，-15dB带宽约为40MHz。图7给出了在S频段中心频率2.492GHz时的轴比，图中显示轴比小于3dB的波束覆盖范围约为66度。图8给出了在2.492GHz时的增益，从图中可以看出，增益约为6.4dB。图9给出了收发端口间在发射信号频段（L频段）的隔离度，图中说明收发端口间隔离度能达到20dB。
以上是本发明的较佳实施例，凡依本发明技术方案所作的改变，所产生的功能作用未超出本发明技术方案的范围时，均属于本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种电磁耦合馈电北斗一代卫星导航收发天线，其特征在于：包括一上层介质板、一下层介质板、一圆盘耦合铜片和一十字形耦合铜片；所述上层介质板平行设置于所述下层介质板上方，且上、下层介质板之间间隔形成一空气层；所述上层介质板的上、下表面分别设置有S频段的天线辐射贴片、L频段的天线辐射贴片，所述下层介质板的下表面设置有接地板；所述圆盘耦合铜片和十字耦合铜片位于空气层中的同一高度且平行于上层介质板，所述圆盘耦合铜片的圆心与第一馈电探针相连，所述十字形耦合铜片的馈电一端与第二馈电探针相连。
2.根据权利要求1所述的电磁耦合馈电北斗一代卫星导航收发天线，其特征在于：所述上层介质板与下层介质板通过塑料螺丝柱固定。
3.根据权利要求1所述的电磁耦合馈电北斗一代卫星导航收发天线，其特征在于：所述下层介质板的下表面还设置有分别与第一馈电探针、第二馈电探针连接的SMA接头。
4.根据权利要求1至3任意一项所述的电磁耦合馈电北斗一代卫星导航收发天线，其特征在于：所述S频段的天线辐射贴片为一开十字缝的圆形辐射贴片，所述L频段的天线辐射贴片为一中间开圆孔的方形辐射贴片，且该方形辐射贴片的圆孔直径大于所述圆形辐射贴片的直径，以使得方形辐射贴片与圆形辐射贴片之间在水平方向上形成环形间隙，所述方形辐射贴片的四边具有不同大小的两对切角，且其中相对的两边中间开缝，与不同大小的两对切角共同形成微扰，产生圆极化波。
5.根据权利要求4所述的电磁耦合馈电北斗一代卫星导航收发天线，其特征在于：所述方形辐射贴片的尺寸与所述上层介质板的尺寸相当，所述圆形辐射贴片的尺寸小于方形辐射贴片的尺寸；所述下层介质板的尺寸大于上层介质板的尺寸。
6.根据权利要求5所述的电磁耦合馈电北斗一代卫星导航收发天线，其特征在于：所述上层介质板的尺寸为58mm×58mm×0.6mm，所述下层介质板的尺寸为85mm×85mm×0.6mm，所述圆形辐射贴片的半径为19mm，其十字缝的纵缝、横缝长度分别为32mm、29mm，宽度均为2mm；所述方形辐射贴片的边长为58mm。
7.根据权利要求1所述的电磁耦合馈电北斗一代卫星导航收发天线，其特征在于：所述空气层的高度为5.4mm。
8.根据权利要求1所述的电磁耦合馈电北斗一代卫星导航收发天线，其特征在于：所述圆盘耦合铜片位于所述上层介质板的斜对角线上，所述十字耦合铜片的馈电一端位于S频段的天线辐射贴片及L频段的天线辐射贴片的中心处。
9.根据权利要求8所述的电磁耦合馈电北斗一代卫星导航收发天线，其特征在于：所述圆盘耦合铜片半径为2.5mm，其圆心距离S频段的天线辐射贴片及L频段的天线辐射贴片的中心处距离为19mm；所述十字耦合铜片的纵、横长分别为18mm，8mm，宽均为2mm。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20211022 Address after: 350002 room 1-406, physics building, 523 Industrial Road, Gulou District, Fuzhou, Fujian, China, 523 Patentee after: FUJIAN FUDA BEIDOU COMMUNICATION TECHNOLOGY Co.,Ltd. Address before: 350108 new campus of Fuzhou University, No. 2, Xue Yuan Road, University Town, Minhou street, Minhou, Fujian. Patentee before: FUZHOU University |
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| TR01 | Transfer of patent right | ||
| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right | ||
| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |
Denomination of invention: Electromagnetic coupling feed Beidou first generation satellite navigation transceiver antenna Effective date of registration: 20221028 Granted publication date: 20171117 Pledgee: China Merchants Bank Co.,Ltd. Fuzhou branch Pledgor: FUJIAN FUDA BEIDOU COMMUNICATION TECHNOLOGY Co.,Ltd. Registration number: Y2022350000142 |
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| PC01 | Cancellation of the registration of the contract for pledge of patent right | ||
| PC01 | Cancellation of the registration of the contract for pledge of patent right |
Date of cancellation: 20231128 Granted publication date: 20171117 Pledgee: China Merchants Bank Co.,Ltd. Fuzhou branch Pledgor: FUJIAN FUDA BEIDOU COMMUNICATION TECHNOLOGY Co.,Ltd. Registration number: Y2022350000142 |
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| TR01 | Transfer of patent right | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20231213 Address after: Building 7, Phase I, Haixi Park Innovation Park, Wulongjiang Middle Avenue, High-tech Zone, Fuzhou City, Fujian Province, 350000 Patentee after: FUJIAN FUDA BEIDOU COMMUNICATION TECHNOLOGY Co.,Ltd. Patentee after: State Grid Siji Location Service Co.,Ltd. Address before: 350002 room 1-406, physics building, 523 Industrial Road, Gulou District, Fuzhou, Fujian, China, 523 Patentee before: FUJIAN FUDA BEIDOU COMMUNICATION TECHNOLOGY Co.,Ltd. |