CN110011005A - 一种应用于圆极化天线的小型化功分移相器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种应用于圆极化天线的小型化功分移相器，包括第一介质层、第二介质层、第三介质层、第一线路层、第二线路层、第三线路层和第四线路层；所述第二线路层与第四线路层通过第二连接体连接，均作为接地层；所述第三线路层连接输入端，所述第一线路层与第三线路层通过两个第一连接体连接，所述第三线路层可以在两个第一连接体连接处产生两路幅度相同、相位差180°的信号；第一线路层包括两条线路，且每条线路分别与一个第一连接体连接，两个线路均引出两个幅度相同、相位差90°的信号输出端。本发明用于圆极化天线。
Description
技术领域
本发明涉及天线技术领域，具体涉及一种应用于圆极化天线的小型化功分移相器。
背景技术
卫星导航近年来在各国都得到了越来越广泛的应用，到2020年全球将有四大卫星导航系统：美国GPS、俄罗斯GLONASS、欧洲Galileo和中国北斗。导航天线都是圆极化，一般采用双馈、四馈天线，因此都要用到馈电网络。普通的馈电网络通常采用3dB耦合器、四合一电桥、威尔金森功分移相器，但是3dB耦合器和四合一电桥成本高。现有的威尔金森功分移相器是将线路印刷在FR4板上，其线路较长，占用面积大，在很多小型圆极化天线或者低成本圆极化天线上难以使用；而且FR4板损耗约为0.02，线路介质损耗大，直接降低了天线性能。
发明内容
本发明解决的技术问题是针对背景技术中的不足，提供一种可以解决的应用于圆极化天线的小型化功分移相器。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种应用于圆极化天线的小型化功分移相器，包括第一介质层、第二介质层、第三介质层、第一线路层、第二线路层、第三线路层和第四线路层，所述第一线路层设置在第一介质层的外侧，所述第二线路层设置在第一介质层与第二介质层之间，所述第三线路层设置在第二介质层与第三介质层之间，所述第四线路层设置在第三介质层的外侧；所述第二线路层与第四线路层通过第二连接体电性连接，均作为接地层；所述第三线路层连接输入端，所述第一线路层与第三线路层通过两个第一连接体电性连接，所述第三线路层可以在两个第一连接体连接处产生两路幅度相同、相位差180°的信号；第一线路层包括两条线路，且每条线路分别与一个第一连接体连接，两个线路均引出两个幅度相同、相位差90°的信号输出端。
进一步地，所述第三线路层的线路为圆弧状，所述第三线路层的两个第一连接体连接处位置相差180°；所述第一线路层的两条线路均为圆弧状，且呈中心对称分布，每个线路上的两个输出端位置相差90°。
进一步地，所述第一介质层与第二介质层通过第一半挂片粘连，所述第二介质层与第三介质层之间通过第二半挂片粘连。
进一步地，所述第一半挂片和第二半挂片均为低损耗的高频片材。
进一步地，所述第一连接体和第二连接体均为金属孔。
进一步地，所述第二线路层与第四线路层通过多个第二连接体连接。
进一步地，所述第一介质层、第二介质层和第三介质层均为高介电常数、低损耗的高频板材。
进一步地，所述输入端为第三线路层向第一介质层或第三介质层引出的金属孔。
本发明实现的有益效果主要有以下几点：采用多层电路结构制作功分移相器，可以减少相位差线路总长和四分之一阻抗变换的长度，从而减小功分移相器的体积，实现功分移相器的小型化。
附图说明
图1为本发明实施例一中功分移相器的主视结构视图（未显示线路层）；
图2为本发明实施例一中功分移相器的透视结构示意图；
图3为本发明实施例一中功分移相器第一线路层的结构示意图；
图4为本发明实施例一中功分移相器第二线路层的结构示意图；
图5为本发明实施例一中功分移相器第三线路层的结构示意图；
图6为本发明实施例一中功分移相器第四线路层的结构示意图。
附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的；相同或相似的标号对应相同或相似的部件；附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制。
具体实施方式
为了便于本领域技术人员理解，下面将结合附图以及实施例对本发明进行进一步详细描述。
实施例一
参阅图1~6，一种应用于圆极化天线的小型化功分移相器，整体上是一个多层线路板结构。功分移相器包括第一介质层S1、第二介质层S2、第三介质层S3、第一线路层L1、第二线路层L2、第三线路层L3和第四线路层L4，第一介质层S1、第二介质层S2、第三介质层S3可以采用FR-4、玻纤板等板材，第一线路层L1、第二线路层L2、第三线路层L3和第四线路层L4为金属线路，一般可以采用铜箔制作。第一介质层S1、第二介质层S2、第三介质层S3最好设置为圆形片状结构，外形恰好可以容纳各个线路层即可，这样可以最大程度的减小功分移相器的体积，实现功分移相器的小型化。
参阅图1~6，所述第一线路层L1设置在第一介质层S1的外侧，所述第二线路层L2设置在第一介质层S1与第二介质层S2之间，所述第三线路层L3设置在第二介质层S2与第三介质层S3之间，所述第四线路层L4设置在第三介质层S3的外侧；从而整体上形成一个包括从上往下为第一线路层L1、第一介质层S1、第二线路层L2、第二介质层S2、第三线路层L3、第三介质层S3和第四线路层L4的七层结构。相邻介质层间一般粘接在一起，从而将各层固定在一起，本实施例中所述第一介质层S1与第二介质层S2通过第一半挂片S4粘连，所述第二介质层S2与第三介质层S3之间通过第二半挂片S5粘连，第一半挂片S4和第二半挂片S5均可选用PP片（Pre-pregnant，半固化片）等常用的粘接体；设置半挂片连接各层介质板，可以增加多层板的结构稳定性，并且降低线路损耗。
参阅图2~6，所述第二线路层L2与第四线路层L4通过第二连接体K2电性连接，第二线路层L2与第四线路层L4均作为接地层；设置接地层，可以避免第一线路层L1与第三线路层L3之间的耦合效应。第二连接体K2可以采用金属孔，金属孔的具体结构如下：在第二介质层S2和第三介质层S3上设置穿孔，在第三线路层L3对应位置设置比穿孔稍大的避让孔a，从而可以使得制作的金属孔不与第三线路层L3电连接；在第二线路层L2与第四线路层L4间的穿孔位置填充金属将两侧的第二线路层L2与第四线路层L4连接，从而便可以实现第二线路层L2与第四线路层L4的电性连接。最好在所述第二线路层L2与第四线路层L4间设置多个金属孔，从而使得两个接地层间的连接性更好、导电性更强。
参阅图2~6，所述第三线路层L3连接输入端，所述第一线路层L1与第三线路层L3通过两个第一连接体K1电性连接，第一连接体K1也可以采用金属孔，具体可以参照第二连接体K2的结构，此处不再赘述，第二连接体K2所在的金属孔不与第二线路层L2连接。所述第三线路层L3可以在两个第一连接体K1连接处产生两路幅度相同、相位差180°的信号，第三线路层L3可以设置为如图5中的多组圆弧状连接的结构，所述第三线路层L3的两个第一连接体K1连接处位置相差180°，输入端的连接体到第一线路层与第三线路层连接的两个连接体K1位置的线路距离差产生180°的相位差，从而可以在两个第一连接体K1连接处产生两路幅度相同、相位差180°的信号。第一线路层L1包括两条线路L11，且每条线路L11分别与一个第一连接体K1连接，两个线路均引出两个幅度相同、相位差90°的信号输出端；具体可以将线路L11设置为图3中的两组圆弧状连接的结构，两组线路L11呈中心对称分布，每个线路L11上的两个输出端位置相差90°，每个连接体K1位置到对应的两个输出端位置的线路差值产生90°的相位差，从而一条线路L11上的输出端O1和O2位置相差90°，另一条线路L11上的输出端O3和O4位置相差90°，从而可以形成四个幅度相同、相位依次相差90°的输出端。
参阅图2~6，所述第三线路层L3连接的输入端为第三线路层L3向第一介质层S1或第三介质层S3引出的金属孔K3，即可在第一介质层S1和第二介质层S2上制作金属孔连接第三线路层L3，也可以在第三介质层S3上制作作金属孔连接第三线路层L3，上述金属孔不与第二线路层和第四线路层连接，金属孔可以直接作为与外部电信号输送装置的连接结构；一般将输入端设置在圆形介质板的中心位置，采用前一种方式时，还可以通过在第一介质层S1上表面设置线路将输出端引出到第一介质层S1的外侧，方便使用时的电路连接。金属孔最好不完全填充，而是在中间预留孔位方便外部电信号输送装置的插接。本实施例中采用在第三介质层S3上制作金属孔连接第三线路层L3的形式，将输入端设置在第三介质层S3的中心位置。
作为优选，所述第一半挂片S4和第二半挂片S5最好选用低损耗的高频片材，所述第一介质层S1、第二介质层S2和第三介质层S3均为高介电常数、低损耗的高频板材。
工作时信号从第三介质层中心的金属孔输入端输入，在第三线路层上，输入端的连接体到线路长度较短的连接体为四分之一波长阻抗变换线，输入端的连接体到第一线路层与第三线路层连接的两个连接体K1位置的线路距离差产生180°的相位差；信号通过两个第一连接体K1连接到第一线路层后，在第一线路层L1上两个线路L11各引出两路信号O1、O2和O3、O4，一个连接体K1位置到O1、O2的线路差值产生90°的相位差，另一个连接体K1到O3、O4的线路差值产生90度相位差，加上第三线路层上产生的180°相差效应，最终输出端O1、O2、O3、O4相位差依次是0，-90度、-180度、-270度，从而形成一个应用于圆极化天线的一分四功分相位器。采用多层电路结构制作功分移相器，可以减少相位差线路总长和四分之一阻抗变换的长度，从而减小功分移相器的体积，实现功分移相器的小型化，本实施例中采用厚度为0.1mm的低损耗半挂片S4连接厚度为0.5mm、直径为12mm的介质板，制作成的功分移相器的厚度约1.6mm，产生的四路信号损耗小于0.5dB，可用于1G-3G之间的卫星导航频段天线。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种应用于圆极化天线的小型化功分移相器，其特征在于：包括第一介质层（S1）、第二介质层（S2）、第三介质层（S3）、第一线路层（L1）、第二线路层（L2）、第三线路层（L3）和第四线路层（L4），所述第一线路层（L1）设置在第一介质层（S1）的外侧，所述第二线路层（L2）设置在第一介质层（S1）与第二介质层（S2）之间，所述第三线路层（L3）设置在第二介质层（S2）与第三介质层（S3）之间，所述第四线路层（L4）设置在第三介质层（S3）的外侧；
所述第二线路层（L2）与第四线路层（L4）通过第二连接体（K2）电性连接，均作为接地层；
所述第三线路层（L3）连接输入端，所述第一线路层（L1）与第三线路层（L3）通过两个第一连接体（K1）电性连接，所述第三线路层（L3）可以在两个第一连接体（K1）连接处产生两路幅度相同、相位差180°的信号；第一线路层（L1）包括两条线路（L11），且每条线路（L11）分别与一个第一连接体（K1）连接，两个线路均引出两个幅度相同、相位差90°的信号输出端。
2.根据权利要求1所述的应用于圆极化天线的小型化功分移相器，其特征在于：所述第三线路层（L3）的线路为圆弧状，所述第三线路层（L3）的两个第一连接体（K1）连接处位置相差180°；所述第一线路层（L1）的两条线路（L11）均为圆弧状，且呈中心对称分布，每个线路（L11）上的两个输出端位置相差90°。
3.根据权利要求1或2所述的应用于圆极化天线的小型化功分移相器，其特征在于：所述第一介质层（S1）与第二介质层（S2）通过第一半挂片（S4）粘连，所述第二介质层（S2）与第三介质层（S3）之间通过第二半挂片（S5）粘连。
4.根据权利要求3所述的应用于圆极化天线的小型化功分移相器，其特征在于：所述第一半挂片（S4）和第二半挂片（S5）均为低损耗的高频片材。
5.根据权利要求3所述的应用于圆极化天线的小型化功分移相器，其特征在于：所述第一连接体（K1）和第二连接体（K2）均为金属孔。
6.根据权利要求5所述的应用于圆极化天线的小型化功分移相器，其特征在于：所述第二线路层（L2）与第四线路层（L4）通过多个第二连接体（K2）连接。
7.根据权利要求4所述的应用于圆极化天线的小型化功分移相器，其特征在于：所述第一介质层（S1）、第二介质层（S2）和第三介质层（S3）均为高介电常数、低损耗的高频板材。
8.根据权利要求1或2所述的应用于圆极化天线的小型化功分移相器，其特征在于：所述输入端为第三线路层（L3）向第一介质层（S1）或第三介质层（S3）引出的金属孔。
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