CN106299661A - 一种小型化导航接收天线 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种小型化导航接收天线，包括天线单元、馈电板、馈电探针、接地探针和射频线缆；天线单元包括依次紧密排列的底层介质基板、中部半固化片和顶层介质基板；其中底层介质基板是双面覆铜的板材，上层电磁带隙结构阵列包括若干个阵列排布的金属贴片；顶层介质基板是单面覆铜的板材，上层的辐射贴片由中部主辐射贴片和边缘四个寄生辐射贴片构成。馈电板位于天线单元的下方，二者通过两根馈电探针和五根接地探针焊接在一起。本发明可以有效缩小天线的体积，同时天线的增益及带宽并没有损失，完全可以满足各种卫导终端的使用。

Description

一种小型化导航接收天线

技术领域

本发明涉及一种小型化的双馈点圆极化微带天线，用于卫星导航信号接收。

背景技术

随着卫星导航技术的不断发展，各种移动便捷式卫导终端如雨后春笋般出现，卫导接收天线作为通信设备中前端部件，对通信质量起着至关重要的作用。而随着现代卫导通信市场的日益发展，小型化、高稳定性的终端产品的需求日益增加，留给天线布设的空间很小，这就需要前端接收天线的尺寸尽可能缩小。

通常卫导终端接收天线采用微带天线的基本形式，其具有剖面低、易共形、结构简单易实现的优点。目前实现天线的小型化常用的方法有提高介质基板的介电常数或者在天线辐射贴片表面开槽等方法。提高介质基板的介电常数可以降低微带天线的介质波长，达到缩减辐射贴片尺寸的目的，但是较高的介电常数一定程度会增加介质板材的损耗，减小天线的增益，降低辐射效率；而在辐射贴片表面开槽可以增加表面电流的路径从而缩减贴片的尺寸，但同时会减小天线的工作带宽，无法满足系统的使用要求。

国内外高校学者同时还提出加载短路探针加载、电容电感加载等方法，但都是停留在研究仿真阶段，并没有实现工程化。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种加载电磁带隙结构复合耦合短路探针的电磁结构形式，可有效缩小接收天线的尺寸，同时基本不影响天线的工作带宽和辐射效率。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：包括天线单元、馈电板、馈电探针、接地探针和射频线缆。

所述的天线单元包括依次紧密排列的底层介质基板、中部半固化片和顶层介质基板；

所述的底层介质基板包括依次紧密排列的上层电磁带隙结构阵列、中部介质基板和下层接地板；上层电磁带隙结构阵列包括若干个阵列排布的金属贴片，每个金属贴片通过一个导通的金属化通孔和下层接地板相连；

所述的顶层介质基板包括上层辐射贴片和下层无覆铜基材；所述上层辐射贴片包括方形主辐射贴片和矩形寄生辐射贴片，方形主辐射贴片位于下层无覆铜基材上表面的中部，每边外侧平行布设有一个矩形寄生辐射贴片，方形主辐射贴片中心通过一个导通的金属化通孔贯穿中部半固化片和底层介质基板，连接底层介质板的下层接地板；每个矩形寄生辐射贴片的末端分别通过一个导通的金属化通孔贯穿中部半固化片和底层介质基板，连接底层介质板的下层接地板；

所述的馈电板包括上层接地板、中部介质基板和下层馈电电路，位于天线单元的下方；所述上层接地板和天线单元底层介质板的下层接地板相连接；馈电板的上层接地板和下层馈电电路通过一个导通的金属化通孔连接；

所述的馈电板的下层馈电电路通过两个馈电探针连通顶层介质基板的上层辐射贴片，且馈电探针不与底层介质板的下层接地板以及馈电板的上层接地板连接；所述的馈电板的下层馈电电路通过接地探针连通顶层介质基板的四个寄生辐射贴片末端，所述的射频线缆连接馈电板的下层馈电电路。

所述下层馈电电路包括50欧姆电阻和正交功分移相器；射频线缆的内导体焊接到电路输入端，同正交功分移相器的输入端连接，外导体焊接到接地板，同上层接地板相连接；所述的50欧姆电阻一端同正交功分移相器的接地端相连，另一端同上层接地板相连；两个馈电探针的一端分别和正交功分移相器的两个输出端相连接，两个馈电探针的另一端焊接在顶层介质基板的中部主辐射贴片上；五个接地探针的一端连接接地板，五个接地探针的另一端分别连接顶层介质基板的四个寄生辐射贴片和中部主辐射贴片。

本发明的有益效果是：

第一，通过加载电磁带隙结构，在天线工作频带内会产生抑制该频段电磁波传播的阻带，从而降低电磁波在顶、底层介质基板间传播的相速度，达到缩减天线尺寸的目的。

第二，通过顶层介质基板的寄生辐射贴片，延长了电流在辐射贴片表面的电长度，天线尺寸进一步缩小。同时由于采用介电常数较低的基材以及正方形的中部主辐射贴片，天线的增益及带宽并没有损失。

第三，本发明一种小型化导航天线结构紧凑、尺寸小、重量轻，性能优良，可以满足各种卫导接收终端的使用。

附图说明

图1是天线的整体连接图；

图2是底层介质基板的的结构示意图，其中，(a)是俯视图，(b)是仰视图；

图3是金属贴片单元俯视图；

图4是顶层介质基板的上层辐射贴片俯视图；

图5是馈电板的结构示意图，其中，(a)是俯视图，(b)是仰视图；

图6是天线的实测驻波图；

图7是中心频点天线的实测增益图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明，本发明包括但不仅限于下述实施例。

本发明包括天线单元、馈电板、馈电探针、接地探针和射频线缆。

所述的天线单元包括底层介质基板、中部半固化片、顶层介质基板。所述的底层介质基板是双面覆铜的板材，包括上层电磁带隙结构阵列、中部介质基板和下层接地板。所述的上层电磁带隙结构阵列由36个“米”字型金属贴片单元构成，每个金属贴片单元通过一个导通的金属化通孔和下层接地板相连，排列成6×6阵列。中间的几个“米”字型贴片为了避开基板中部的三个通孔裁减了部分外形。所述的中部半固化片是介电常数4.4，厚度0.12mm的介质板材，双面均不覆铜。所述顶层介质基板是单面覆铜的板材，包括上层辐射贴片和下层无覆铜基材。所述上层辐射贴片由中部方形主辐射贴片和边缘四个矩形寄生辐射贴片构成，所述中部方形主辐射贴片中心通过一个导通的金属化通孔贯穿中部半固化片和底层介质基板和底层介质板的下层接地板相连接，另有两个关于中心通孔对称的金属化通孔同样贯穿中部半固化片和底层介质基板，分别位于中心通孔的下边和右边，距离中心通孔2.1mm，但是不与底层介质板的下层接地板相连接，馈电探针从上述三个通孔中穿过。所述四个寄生辐射贴片的末端分别通过一个导通的金属化通孔贯穿中部半固化片和底层介质基板同底层介质板的下层接地板相连接。

所述的馈电板是双面覆铜的介质基板，在天线单元的下方，二者通过馈电探针和接地探针焊接在一起。馈电板包括上层接地板、中部介质基板和下层馈电电路。所述上层接地板和天线单元底层介质板的下层接地板相连接。所述馈电电路包括50欧姆电阻、正交功分移相器，分别焊接在下层馈电电路上。馈电板的上层接地板和下层馈电板通过中央一个导通的金属化通孔和相连接，另有两个金属化通孔贯穿馈电板的上下两层，在上层接地板两个金属化通孔外有两隔离环，用以将上下两层金属相隔离开。

所述的馈电探针是直径0.8mm的圆柱形金属针，一端焊接在馈电板的下层馈电电路上，另一端焊接在顶层介质基板的上层辐射贴片上。所述的接地探针是直径0.8mm的圆柱形金属针，一端焊接在馈电板的下层馈电电路上，另一端焊接在顶层介质基板的四个寄生辐射贴片末端，所述的射频线缆焊接在馈电板的下层馈电电路上。

所述的底层介质基板、顶层介质基板通过中部半固化片粘接起来，消除每层基板之间的空气层，从而使整体结构更加紧凑。

所述的金属化通孔是孔内壁上镀覆金属的通孔，可将金属化过孔上下连接的金属覆层导通。

所述底层介质基板的下层接地板有两隔离环，用以将顶层介质基板的中央辐射贴片和底层介质基板的下层接地板相隔离开。

如图1所示，本发明实施例提供的一种小型化的双馈点圆极化微带天线包括天线单元1、馈电板2、馈电探针3、接地探针18和射频线缆4。

天线单元1由底层介质基板5、中部半固化片9和顶层介质基板10构成。

如图2所示，底层介质基板5采用双面覆铜介电常数16，厚度2mm的板材，由上层电磁带隙结构阵列、中部介质基板和下层接地板6构成。上层电磁带隙结构阵列由36个金属贴片单元7组成，每个金属贴片单元7由四个相同尺寸的矩形组成“米”字形结构(如图3所示)，中部通过一个导通的金属化通孔8a和下层接地板6相连接，通过优化矩形结构的长、宽边以及金属化通孔8a的直径实现抑制工作频带内电磁波在介质板中的传播。本实例中取四个矩形的长边a＝3.2mm，短边b＝0.8mm，金属化通孔8a的直径d＝0.2mm。

顶层介质基板10采用单面覆铜介电常数16，厚度2mm的基材，包括上层辐射贴片和下层无覆铜基材，如图4所示，上层辐射贴片由中部主辐射贴片12和边缘四个寄生辐射贴片13组成，中部主辐射贴片12有三个相同直径的导通的金属化通孔8b，这三个孔均贯穿了中部半固化片9和底层介质基板5。其中位于正中心的金属化通孔8b用以将中部主辐射贴片12和底层介质基板5的下层接地板6相连接，底层介质基板5的下层接地板6有两个相同直径的隔离环17，用以将另外的两个金属化通孔8b和下层接地板6相隔离开。边缘四个寄生辐射贴片13为四个相同的矩形金属片，金属片的末端通过导通的金属化通孔8b和底层介质基板5的下层接地板6相连接。通过优化中部主辐射贴片12的尺寸和四个寄生辐射贴片的尺寸优化天线的电性能。本实例中取中部主辐射贴片12为边长c＝19.5mm的正方形，四个矩形寄生辐射贴片13的长边L＝11mm，宽边W＝0.6mm。

中部半固化片9是两面均不覆铜介电常数4.4，厚度0.12mm介质基材，用以将顶层介质基板10和底层介质基板5相粘接，从而使各层板材之间没有空气层，结构更加紧凑。

如图5所示，馈电板2采用介电常数4.4，厚度0.8mm的介质基材，包括上层接地板14、中部介质基板和下层馈电电路，在下层馈电电路分别焊接50欧姆负载15、正交功分移相器16、两个馈电探针3、射频线缆4和五个接地探针18。50欧姆负载15一端同正交功分移相器16的接地端相连，另一端同上层接地板14相连；两个馈电探针3分别和正交功分移相器16的两个输出端相连接，从而实现天线的圆极化特性，两个馈电探针3的另一端焊接在顶层介质基板10的中部主辐射贴片12上；五个接地探针18另一端分别焊接在顶层介质基板10的四个寄生辐射贴片13上和中部主辐射贴片12；射频线缆4的内导体焊接到电路输入端20处，同正交功分移相器16的输入端相连接，外导体焊接到接地板21位置处，同上层接地板14相连接；馈电板2的上层接地板14和底层介质板5的下层接地板6相紧连接；在馈电板的四边有四个螺钉孔19用以将小型化的双馈点圆极化微带天线固定在卫导终端上。

采用本实施方法的小型化双馈点圆极化微带天线，可以实现卫星信号接收，天线尺寸可以缩小到22mm*22mm，天线单元驻波比在1.5以下的带宽大于100MHz，同时在地板直径不大于100mm的基础上，天线在中心频点的增益大于4.5dBi。天线性能优良，完全可以满足系统的使用。

Claims (2)

1.一种小型化导航接收天线，包括天线单元、馈电板、馈电探针、接地探针和射频线缆，其特征在于：所述的天线单元包括依次紧密排列的底层介质基板、中部半固化片和顶层介质基板；所述的底层介质基板包括依次紧密排列的上层电磁带隙结构阵列、中部介质基板和下层接地板；上层电磁带隙结构阵列包括若干个阵列排布的金属贴片，每个金属贴片通过一个导通的金属化通孔和下层接地板相连；所述的顶层介质基板包括上层辐射贴片和下层无覆铜基材；所述上层辐射贴片包括方形主辐射贴片和矩形寄生辐射贴片，方形主辐射贴片位于下层无覆铜基材上表面的中部，每边外侧平行布设有一个矩形寄生辐射贴片，方形主辐射贴片中心通过一个导通的金属化通孔贯穿中部半固化片和底层介质基板，连接底层介质板的下层接地板；每个矩形寄生辐射贴片的末端分别通过一个导通的金属化通孔贯穿中部半固化片和底层介质基板，连接底层介质板的下层接地板；所述的馈电板包括上层接地板、中部介质基板和下层馈电电路，位于天线单元的下方；所述上层接地板和天线单元底层介质板的下层接地板相连接；馈电板的上层接地板和下层馈电电路通过一个导通的金属化通孔连接；所述的馈电板的下层馈电电路通过两个馈电探针连通顶层介质基板的上层辐射贴片，且馈电探针不与底层介质板的下层接地板以及馈电板的上层接地板连接；所述的馈电板的下层馈电电路通过接地探针连通顶层介质基板的四个寄生辐射贴片末端，所述的射频线缆连接馈电板的下层馈电电路。

2.根据权利要求1所述的小型化导航接收天线，其特征在于：所述下层馈电电路包括50欧姆电阻和正交功分移相器；射频线缆的内导体焊接到电路输入端，同正交功分移相器的输入端连接，外导体焊接到接地板，同上层接地板相连接；所述的50欧姆电阻一端同正交功分移相器的接地端相连，另一端同上层接地板相连；两个馈电探针的一端分别和正交功分移相器的两个输出端相连接，两个馈电探针的另一端焊接在顶层介质基板的中部主辐射贴片上；五个接地探针的一端连接接地板，五个接地探针的另一端分别连接顶层介质基板的四个寄生辐射贴片和中部主辐射贴片。