CN110247178A - 双频微带贴片天线 - Google Patents
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Abstract
一种双频微带贴片天线，包括依次设置的导电接地平面、介质基片、辐射片以及若干馈电探针；所述辐射片包括同心的第一辐射片和第二辐射片，所述第一辐射片为齿轮状薄片，所述齿轮状的第一辐射片的每个齿槽底部中心处加工有凹槽；所述第二辐射片为圆形薄片，第二辐射片的中部加工有与第一辐射片形状相适应的开口，所述第一辐射片设于该开口内；所述第二辐射片的外圆周上均匀加工有若干对称的凸起；本发明采用单层天线结构，结构简单，可靠性更高，更加便于加工设计与组装，加工简单，天线圆极化性能提高，相位中心稳定，性能优越，满足了现有四大卫星导航系统高低频信号的接收或发射应用需求，尤其适合于GNSS精确测量与定位系统终端设备。
Description
技术领域
本发明属于无线通信技术领域，具体涉及一种双频微带贴片天线。
背景技术
当前卫星导航定位设备在诸如定位、测量、授时、高精度农业和智能交通等领域应用日益广泛。导航设备为了获得分米级以上高精度定位要求，一般要采用RTK（实时动态差分法）技术，此时设备的天线一般要具备双频特性，并且应具备较宽工作带宽（增益带宽、波束带宽和轴比带宽），和更加紧凑尺寸、同时加工制造要简单等。由于微带贴片天线具有形状小、成本低、易共形、易加工和容易实现圆极化等优点，而被广泛应用。
传统的微带天线一般实现双频采用层叠式，即一般一层实现一个工作频带，两层叠加以实现双频。其中上层一般实现较高频率的辐射，下层实现较低频率的辐射。其中下层的辐射贴片充当上次贴片的地板。这种结构馈电比较复杂，同时上层的贴片往往会影响下层贴片的性能，造成下层贴片性能的下降。
并且，普通微带天线工作带宽窄，不能很好覆盖多个卫星导航系统。如果增大带宽，往往需要采用低介电常数的介质作为天线基板材料，此时天线尺寸会增大。
专利号为US20140210678的发明专利，公开了一种中槽辐射高频信号装置，但是如果为了提高机械强度，中间采用金属螺钉固定的话，整个天线将被完全破坏。面对机械性能要求高的使用场景时，该发明中间不能用金属螺钉固定。
专利号为US7385555的发明专利，同样是采用单层或双层微带贴片天线设计，但是采用探针直接接触馈电方式，并且文献中，没有提高轴比性能，该性能影响天线圆极化。经过实际仿真计算，发现该论文中天线轴比性能比较差，此外该发明的工作带宽窄，增益低也是其不足之处。
发明内容
本发明的目的是提供一种具有较宽的工作带宽、性能稳定的双频微带贴片天线。
本发明的另一个目的是提供一种结构紧凑且方便固定的双频微带贴片天线。
为了解决上述技术问题，本发明公开了一种双频微带贴片天线，包括：导电接地平面、设于导电接地平面上的介质基片、设于介质基片顶部的辐射片以及设于介质基片四周侧壁的若干馈电探针；
所述辐射片包括同心的第一辐射片和第二辐射片，所述第一辐射片谐振产生高频，所述第二辐射片谐振产生低频，形成高低双频段；
所述第一辐射片为齿轮状薄片，所述齿轮状的第一辐射片的每个齿槽底部中心处加工有凹槽；
所述第二辐射片为圆形薄片，且第二辐射片大于第一辐射片，第二辐射片的中部加工有与第一辐射片形状相适应的开口，所述第一辐射片设于该开口内；所述第二辐射片的外圆周上均匀加工有若干对称的凸起。
优选的是，所述介质基片为圆柱状，包括上层的低介电常数基片和下层的高介电常数基片。
优选的是，所述高介电常数基片的介电常数大于26，厚度8-10mm。
优选的是，所述低介电常数基片的介电常数在3.5-15之间，厚度1-3mm。
优选的是，所述第二辐射片的外缘不超过介质基片。
优选的是，所述双频微带贴片天线中心处加工有一贯通的安装孔，使双频微带贴片天线可采用紧固件进行安装固定。
优选的是，所述紧固件为螺钉或扣件。
优选的是，所述导电接地平面为PCB板。
优选的是，所述馈电探针有对称的两个或两个以上，沿介质基片侧壁均匀的垂直设置，所述馈电探针的底部与导电接地平面绝缘焊接固定；所述馈电探针采用耦合馈电方式对第一辐射片和第二辐射片进行馈电。
优选的是，所述馈电探针上端与高介电常数基片上端平齐。
本发明的双频微带贴片天线，至少具有以下优点：
1.在天线的介质四周采用2个或多个馈电探针耦合馈电的方式，形成较宽的轴比带宽，天线圆极化性能提高，并且相位中心稳定，性能优越。满足了现有四大卫星导航系统高低频信号的接收或发射应用需求，尤其适合于GNSS精确测量与定位系统终端设备。
2.结构简单，只有上层辐射贴片和导电接地平面，介质基片采用单层或多层直接层叠，中间无需电路和探针；馈电探针在介质基片四周直接成形。
3.天线采用高介电常数和低介电常数两种介质，增加了双频天线的可调参数，尺寸小，重量轻。
4.单层天线结构以及简单化的结构设计，可靠性更高，更加便于加工设计与组装，加工工艺简单，易于成形，由于不涉及普通微带天线的金属化过孔等工艺，容易制作较厚的天线(越厚带宽越宽，性能会更好)。
5、第一辐射片和第二辐射片在同一个介质基片上，通过不同的电长度设置，实现了高、低两种谐振频率。
6、第一辐射片和第二辐射片在同一层，可以通过凸起和凹槽的高度、宽度的设置，分别对低频、高频的频率进行微调，实现可制造化。此外，采用单层贴片辐射后，双频的之间相位中心高误差更小，更加利于精确测量定位。
7、天线中间增加安装孔，使产品能容易的被的固定，使产品更加耐振动、抗摔。
附图说明
图1为一种双频微带贴片天线的结构示意图。
图2为一种双频微带贴片天线的俯视图（不含紧固件）。
图3为一种4个馈电探针的双频微带贴片天线电路图。
图4为一种2个馈电探针的双频微带贴片天线电路图。
图中标号为：1-导电接地平面，2-介质基片，210-低介电常数基片，220-高介电常数基片，3-辐射片，310-第一辐射片，311-凹槽，320-第二辐射片，321-开口，322-凸起，4-馈电探针，5-安装孔，6-紧固件。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
应当理解，本文所使用的诸如“具有”，“包含”以及“包括”术语并不排除一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。
实施例1
如图1-2所示，一种双频微带贴片天线，包括：导电接地平面1、设于导电接地平面上的介质基片2、设于介质基片顶部的辐射片3以及设于介质基片四周侧壁的若干馈电探针4；
所述辐射片包括同心的第一辐射片310和第二辐射片320，所述第一辐射片谐振产生高频，所述第二辐射片谐振产生低频，形成高低双频段；
所述第一辐射片310为齿轮状薄片，所述齿轮状的第一辐射片的每个齿槽底部中心处加工有凹槽311；
所述第二辐射片320为圆形薄片，且第二辐射片大于第一辐射片，第二辐射片的中部加工有与第一辐射片形状相适应的开口321，所述第一辐射片设于该开口内；所述第二辐射片的外圆周上均匀加工有若干对称的凸起322。
所述介质基片2为圆柱状，包括上层的低介电常数基片210和下层的高介电常数基片220；
所述高介电常数基片的介电常数大于26，厚度9mm；
所述低介电常数基片的介电常数在3.5-15之间，厚度2mm。本实施例中，所述高介电常数基片为在厚11mm的低介电常数基片外壁涂一层高度9mm的银浆所得。
所述第二辐射片320的外缘不超过介质基片2。
所述双频微带贴片天线中心处加工有一贯通的安装孔5，使双频微带贴片天线可采用紧固件6进行安装固定。所述紧固件为螺钉或扣件。紧固件可以为金属或非金属材料。
所述导电接地平面1为PCB板。
所述馈电探针4有四个，沿介质基片侧壁均匀的垂直设置，所述馈电探针的底部与导电接地平面绝缘焊接固定；所述馈电探针采用耦合馈电方式对第一辐射片和第二辐射片进行馈电。
所述馈电探针4上端与高介电常数基片220上端平齐。
第一辐射片310的尺寸D1、锯齿长度L、宽度W1，以及第一辐射片和第二辐射片之间槽间距W2的尺寸对高频影响较大，对低频影响小。一旦尺寸固定，实际产品还可以通过调节凹槽的宽度SW1和长度SL1，对其频率微调，凹槽和凸起的宽度SW1和SW2尺寸越大，频率越向低处偏移。
第二辐射片320的直径D2，以及介质基片尺寸D3对低频影响大。一旦尺寸固定，实际产品还可以通过调节凸起的宽度SW2和长度SL2，对其频率微调。
本实施例中的双频微带贴片天线频率约为低频1.2GHz和高频1.5GHz。
实施例2
馈电探针采用耦合馈电方式对第一辐射片和第二辐射片进行馈电。
如图3，采用4个正交的馈电探针，每相邻的2个经过信号移相，合路后获得的良好圆极化信号输出，其中Hybrid为移相90度的耦合器。
四个馈电探针，馈电电路的损耗大，但是获得圆极化性能好，其天线对称，从而相位中心稳定。
实施例3
如图4，也可以采用2个正交的馈电探针，相邻信号经过合路，也可以获得良好圆极化信号；其中，Hybrid为移相90度的耦合器：
2个馈电探针，馈电电路的损耗小，从而可以获得较高的增益。
针对不同的应用场景，可以选取2个或多个馈电探针。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的实施例。
Claims (10)
1.一种双频微带贴片天线，其特征在于，包括：导电接地平面、设于导电接地平面上的介质基片、设于介质基片顶部的辐射片以及设于介质基片四周侧壁的若干馈电探针；
所述辐射片包括同心的第一辐射片和第二辐射片，所述第一辐射片谐振产生高频，所述第二辐射片谐振产生低频，形成高低双频段；
所述第一辐射片为齿轮状薄片，所述齿轮状的第一辐射片的每个齿槽底部中心处加工有凹槽；
所述第二辐射片为圆形薄片，且第二辐射片大于第一辐射片，第二辐射片的中部加工有与第一辐射片形状相适应的开口，所述第一辐射片设于该开口内；所述第二辐射片的外圆周上均匀加工有若干对称的凸起。
2.如权利要求1所述的双频微带贴片天线，其特征在于，所述介质基片为圆柱状，包括上层的低介电常数基片和下层的高介电常数基片。
3.如权利要求2所述的双频微带贴片天线，其特征在于，所述高介电常数基片的介电常数大于26，厚度8-10mm。
4.如权利要求3所述的双频微带贴片天线，其特征在于，所述低介电常数基片的介电常数在3.5-15之间，厚度1-3mm。
5.如权利要求4所述的双频微带贴片天线，其特征在于，所述第二辐射片的外缘不超过介质基片。
6.如权利要求5所述的双频微带贴片天线，其特征在于，所述双频微带贴片天线中心处加工有一贯通的安装孔，使双频微带贴片天线可采用紧固件进行安装固定。
7.如权利要求6所述的双频微带贴片天线，其特征在于，所述紧固件为螺钉或扣件。
8.如权利要求1所述的双频微带贴片天线，其特征在于，所述导电接地平面为PCB板。
9.如权利要求1所述的双频微带贴片天线，其特征在于，所述馈电探针有对称的两个或两个以上，沿介质基片侧壁均匀的垂直设置，所述馈电探针的底部与导电接地平面绝缘焊接固定；所述馈电探针采用耦合馈电方式对第一辐射片和第二辐射片进行馈电。
10.如权利要求1所述的双频微带贴片天线，其特征在于，所述馈电探针上端与高介电常数基片上端平齐。
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