CN109004352A - 一种收发一体圆极化组合天线 - Google Patents

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Abstract

一种收发一体圆极化组合天线，包括上层介质、下层介质、第一反射板介质、第二反射板介质、上层贴片、下层贴片、第一反射板接地层、第二反射板接地层、中间馈电网络层、上层贴片馈电针、下层贴片馈电针、发射端馈电针及接收端馈电针；所述上层贴片贴合于上层介质的上侧面；下层贴片贴合于下层介质的上侧面；中间馈电网络层位于第一反射板介质与第二反射板介质之间。如此具有高性能、体积小、收发隔离度高等特点，安装方便、便于组阵。

Description

一种收发一体圆极化组合天线
技术领域
本发明涉及电子器件领域，特别是一种收发一体圆极化组合天线。
背景技术
卫星定位系统的应用已经十分广泛，卫星导航天线普遍采用圆极化波，利用卫星定位系统可以进行海、陆、空等领域的导航服务，在军工、测量等需要精密定位的领域也有广泛应用。由于导航定位及通信等设备的体积越来越小，要求天线也向小型化、轻量化、高可靠性等方面发展。
目前导航系统终端使用的天线普遍存在以下问题：1，普遍采用的是单馈天线，此类天线的低仰角增益和轴比较差，难以满足高精度定位的要求；2，现有的收发一体天线的隔离度较差；3，体积偏大，连接方式普遍采用电缆组件的方式，整体结构不紧凑，安装和使用过程相对繁琐且不利于组阵。现有的天线馈电网络采用威尔金森功分器或混合电桥，具有隔离电阻或电桥，成本较高，损耗较大，空间占用较大，威尔金森功分器需要两段1/4波长的微带线对称排列且距离较远。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种高性能、体积小、收发隔离度高的、安装方便、便于组阵的收发一体圆极化组合天线，以解决上述问题。
一种收发一体圆极化组合天线，包括上层介质、下层介质、第一反射板介质、第二反射板介质、上层贴片、下层贴片、第一反射板接地层、第二反射板接地层、中间馈电网络层、上层贴片馈电针、下层贴片馈电针、发射端馈电针及接收端馈电针；所述上层贴片贴合于上层介质的上侧面；下层贴片贴合于下层介质的上侧面；中间馈电网络层位于第一反射板介质与第二反射板介质之间，第一反射板接地层贴合于第一反射板介质的上侧面，第二反射板接地层贴合于第二反射板介质的下侧面；下层介质位于第一反射板接地层的上方，上层介质位于下层贴片的上方；所述上层贴片馈电针贯穿上层贴片、上层介质、下层贴片、下层介质、第一反射板接地层及第一反射板介质并与中间馈电网络层连接，所述下层贴片馈电针贯穿下层贴片、下层介质、第一反射板接地层及第一反射板介质并与中间馈电网络层连接，所述发射端馈电针及接收端馈电针均贯穿中间馈电网络层及第二反射板介质，发射端馈电针及接收端馈电针均与中间馈电网络层连接，但与第二反射板接地层绝缘隔离，所述第一反射板接地层、第一反射板介质、第二反射板介质及第二反射板接地层贴合形成反射板，所述反射板上设有贯穿孔，一导电件位于该贯穿孔内并连接第一反射板接地层与第二反射板接地层。
进一步地，所述上层介质及下层介质均为陶瓷、高频微波板或PTFE。
进一步地，所述第一反射板介质及第二反射板介质为FR4高频板材。
进一步地，所述上层贴片馈电针与下层贴片馈电针分别位于上层介质和下层介质的中心轴的两侧。
进一步地，所述上层贴片馈电针及下层贴片馈电针的数量分别为两个，两个上层贴片馈电针之间的距离与两个下层贴片馈电针之间的距离相同。
进一步地，所述中间馈电网络层包括发射端移相功分网络及接收端移相功分网络，所述发射端移相功分网络包括发射端口馈针接入点、四段微带线及通过微带线与发射端口馈针接入点连接的两个发射天线馈电针接入点，所述发射天线馈电针接入点与下层贴片馈电针连接；所述接收端移相功分网络包括接收端口馈针接入点、四段微带线及通过微带线与接收端口馈针接入点连接的两个接收天线馈电针接入点，所述接收天线馈电针接入点与上层贴片馈电针连接。
与现有技术相比，本发明的收发一体圆极化组合天线包括上层介质、下层介质、第一反射板介质、第二反射板介质、上层贴片、下层贴片、第一反射板接地层、第二反射板接地层、中间馈电网络层、上层贴片馈电针、下层贴片馈电针、发射端馈电针及接收端馈电针；所述上层贴片贴合于上层介质的上侧面；下层贴片贴合于下层介质的上侧面；中间馈电网络层位于第一反射板介质与第二反射板介质之间，第一反射板接地层贴合于第一反射板介质的上侧面，第二反射板接地层贴合于第二反射板介质的下侧面；下层介质位于第一反射板接地层的上方，上层介质位于下层贴片的上方；所述上层贴片馈电针贯穿上层贴片、上层介质、下层贴片、下层介质、第一反射板接地层及第一反射板介质并与中间馈电网络层连接，所述下层贴片馈电针贯穿下层贴片、下层介质、第一反射板接地层及第一反射板介质并与中间馈电网络层连接，所述发射端馈电针及接收端馈电针均贯穿中间馈电网络层及第二反射板介质，发射端馈电针及接收端馈电针均与中间馈电网络层连接，但与第二反射板接地层绝缘隔离，所述第一反射板接地层、第一反射板介质、第二反射板介质及第二反射板接地层贴合形成反射板，所述反射板上设有贯穿孔，一导电件位于该贯穿孔内并连接第一反射板接地层与第二反射板接地层。如此接收天线和发射天线分别由上、下两层贴片分别辐射，结构紧凑，易于加工，整体结构简单，馈电网络完全用微带线实现，省去了隔离电阻或混合电桥，减化了工艺，降低成本、节约空间，实现了收、发信号双频双圆极化、增益高、接收和发射由两根独立的探针输出，收、发隔离度高，上述结构天线既可以单独使用，也可以为大型阵列天线提供辐射单元，大大简化阵列天线系统的馈电网络和电路系统设计。
附图说明
以下结合附图描述本发明的实施例，其中：
图1为本发明的收发一体圆极化组合天线的立体示意图。
图2为本发明的收发一体圆极化组合天线的侧面爆炸示意图。
图3为本发明的收发一体圆极化组合天线除去上层贴片及上层介质后的立体示意图。
图4为图2中的中间馈电网络层的示意图。
图5为图4中的发射端及接收端移相功分网络的示意图。
具体实施方式
以下基于附图对本发明的具体实施例进行进一步详细说明。应当理解的是，此处对本发明实施例的说明并不用于限定本发明的保护范围。
请参考图1及图2，其为本发明提供的收发一体圆极化组合天线，包括上层介质110、下层介质120、第一反射板介质130、第二反射板介质140、上层贴片210、下层贴片220、第一反射板接地层230、第二反射板接地层240、中间馈电网络层300、上层贴片馈电针410、下层贴片馈电针420、发射端馈电针430及接收端馈电针440。下层贴片220的外形尺寸不小于上层介质110的外形尺寸。
上层介质110及下层介质120可选择介电常数范围较宽的微波介质材料，如陶瓷、高频微波板、PTFE等介质材料。第一反射板介质130及第二反射板介质140选择FR4高频板材。上层介质110、下层介质120、第一反射板介质130、及第二反射板介质140的中心轴处还设有金属化导通孔111，便于整体安装及优化阻抗匹配。上层贴片210、下层贴片220、第一反射板接地层230、第二反射板接地层240可选择银或金等金属良导体形成的镀层，形成正方形，圆形等几何对称的图案。
上层贴片210贴合于上层介质110的上侧面；下层贴片220贴合于下层介质120的上侧面；中间馈电网络层300位于第一反射板介质130与第二反射板介质140之间，第一反射板接地层230贴合于第一反射板介质130的上侧面，第二反射板接地层240贴合于第二反射板介质140的下侧面。
下层介质120位于第一反射板接地层230的上方，上层介质110位于下层贴片220的上方。
上层贴片馈电针410贯穿上层贴片210、上层介质110、下层贴片220、下层介质120、第一反射板接地层230及第一反射板介质130，并与中间馈电网络层300连接。上层贴片馈电针410与上层贴片210及上层介质110形成接收天线组件。
下层贴片馈电针420贯穿下层贴片220、下层介质120、第一反射板接地层230及第一反射板介质130，并与中间馈电网络层300连接。下层贴片馈电针420与下层贴片220及下层介质120形成发射天线组件。
发射端馈电针430及接收端馈电针440均贯穿中间馈电网络层300及第二反射板介质140，发射端馈电针430及接收端馈电针440均与中间馈电网络层300连接，但与第二反射板接地层240绝缘隔离。
第一反射板接地层230、第一反射板介质130、第二反射板介质140及第二反射板接地层240的状态相同，均为矩形，三者贴合形成反射板，在反射板的四个边角处设有贯穿孔232，导电件位于该贯穿孔232内，并连接第一反射板接地层230与第二反射板接地层240，如此增大了接地层的面积及反射信号的角度，上下两层反射板接地层对中间馈电网络层300形成无线屏蔽功能，减少无线信号直接对中间馈电网络层300形成干扰。
请参考图3，上层贴片馈电针410与下层贴片馈电针420分别位于下层介质120的中心轴的两侧。上层贴片馈电针410及下层贴片馈电针420的数量分别为两个，两个上层贴片馈电针410之间的距离与两个下层贴片馈电针420之间的距离相同，并可根据用户需求进行调节设置。
请参考图4及图5，中间馈电网络层300包括发射端移相功分网络310及接收端移相功分网络320。发射端移相功分网络310及接收端移相功分网络320均为T型微带线移相功分馈电网络。
发射端移相功分网络310包括发射端口馈针接入点311、四段微带线A、B、C、D及通过微带线与发射端口馈针接入点311连接的两个发射天线馈电针接入点312。发射端口馈针接入点311通过发射端馈电针430与外部的信号设备连接，信号设备用于产生信号；发射天线馈电针接入点312与下层贴片馈电针420连接，信号设备产生的信号通过下层贴片馈电针420及下层贴片220进行发射。
接收端移相功分网络320包括接收端口馈针接入点321、四段微带线A、B、C、D及通过微带线与接收端口馈针接入点321连接的两个接收天线馈电针接入点322。接收端口馈针接入点321通过接收端馈电针440与外部的信号设备连接；接收天线馈电针接入点322与上层贴片馈电针410连接，上层贴片210接收的信号经上层贴片馈电针410、接收端移相功分网络320及接收端馈电针440传送至外部的信号设备，实现无线信号的接收。
微带线A、C、D的宽度相同，并可根据对应的天线的工作频段和特性阻抗Z0计算出线宽，即根据微带线阻抗变换原理可计算出微带线B的特性阻抗为进一步结合相应的工作频段换算出微带线B的线宽，长度设为1/4λg(λg为相波长)；为实现右旋圆极化，微带线C比微带线D长度要长1/4λg，即实现90度相位差；左旋反之。微带线的拐弯处采用45度倒角或圆角，以避免信号在此不连续引起的反射和辐射。
与现有技术相比，本发明的收发一体圆极化组合天线，如此接收天线和发射天线分别由上、下两层贴片分别辐射，结构紧凑，易于加工，整体结构简单，馈电网络完全用微带线实现，省去了隔离电阻或混合电桥，减化了工艺，降低成本、节约空间，实现了收、发信号双频双圆极化、增益高、接收和发射由两根独立的探针输出，收、发隔离度高，上述结构天线既可以单独使用，也可以为大型阵列天线提供辐射单元，大大简化阵列天线系统的馈电网络和电路系统设计。
以上仅为本发明的较佳实施例，并不用于局限本发明的保护范围，任何在本发明精神内的修改、等同替换或改进等，都涵盖在本发明的权利要求范围内。

Claims (6)

1.一种收发一体圆极化组合天线，其特征在于：包括上层介质、下层介质、第一反射板介质、第二反射板介质、上层贴片、下层贴片、第一反射板接地层、第二反射板接地层、中间馈电网络层、上层贴片馈电针、下层贴片馈电针、发射端馈电针及接收端馈电针；所述上层贴片贴合于上层介质的上侧面；下层贴片贴合于下层介质的上侧面；中间馈电网络层位于第一反射板介质与第二反射板介质之间，第一反射板接地层贴合于第一反射板介质的上侧面，第二反射板接地层贴合于第二反射板介质的下侧面；下层介质位于第一反射板接地层的上方，上层介质位于下层贴片的上方；所述上层贴片馈电针贯穿上层贴片、上层介质、下层贴片、下层介质、第一反射板接地层及第一反射板介质并与中间馈电网络层连接，所述下层贴片馈电针贯穿下层贴片、下层介质、第一反射板接地层及第一反射板介质并与中间馈电网络层连接，所述发射端馈电针及接收端馈电针均贯穿中间馈电网络层及第二反射板介质，发射端馈电针及接收端馈电针均与中间馈电网络层连接，但与第二反射板接地层绝缘隔离，所述第一反射板接地层、第一反射板介质、第二反射板介质及第二反射板接地层贴合形成反射板，所述反射板上设有贯穿孔，一导电件位于该贯穿孔内并连接第一反射板接地层与第二反射板接地层。
2.如权利要求1所述的收发一体圆极化组合天线，其特征在于：所述上层介质及下层介质均为陶瓷、高频微波板或PTFE。
3.如权利要求1所述的收发一体圆极化组合天线，其特征在于：所述第一反射板介质及第二反射板介质为FR4高频板材。
4.如权利要求1所述的收发一体圆极化组合天线，其特征在于：所述上层贴片馈电针与下层贴片馈电针分别位于上层介质和下层介质的中心轴的两侧。
5.如权利要求4所述的收发一体圆极化组合天线，其特征在于：所述上层贴片馈电针及下层贴片馈电针的数量分别为两个，两个上层贴片馈电针之间的距离与两个下层贴片馈电针之间的距离相同。
6.如权利要求1所述的收发一体圆极化组合天线，其特征在于：所述中间馈电网络层包括发射端移相功分网络及接收端移相功分网络，所述发射端移相功分网络包括发射端口馈针接入点、四段微带线及通过微带线与发射端口馈针接入点连接的两个发射天线馈电针接入点，所述发射天线馈电针接入点与下层贴片馈电针连接；所述接收端移相功分网络包括接收端口馈针接入点、四段微带线及通过微带线与接收端口馈针接入点连接的两个接收天线馈电针接入点，所述接收天线馈电针接入点与上层贴片馈电针连接。
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