CN110289484A - 一种宽带导航天线 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种宽带导航天线，其特征在于，它包括上辐射贴片、下辐射贴片、耦合馈电矩形片、金属馈电探针、金属底板及三层陶瓷结构，四个金属馈电探针与四个金属矩形片相连，对上面两个辐射贴片进行耦合馈电。本发明通过双层辐射贴片、矩形贴片耦合馈电、采用低损耗高介电常数材料等技术，有效地使得相对带宽达到67％，可覆盖GPS导航系统、北斗导航系统、伽利略导航系统及GLONASS导航系统。

Description

一种宽带导航天线
技术领域
本发明涉及天线技术领域，尤其是涉及一种宽带导航天线。
背景技术
随着通信技术的飞速发展，导航定位系统也得到了快速的发展。卫星定位导航系统是基于卫星的无线电导航系统，在国防事业及经济领域中都发挥着不可替代的作用。由于导航所用的卫星在空间分布有限，尚无法覆盖所有区域，对应用受到了很大的限制。因此，未来卫星导航定位系统将可能使用各个系统兼容的模式，包括GPS导航系统、北斗导航系统、伽利略导航系统及GLONASS导航系统。
发明内容
本发明的目的在于提供的一种结构简单，能兼容GPS导航系统、北斗导航系统、伽利略导航系统及GLONASS导航系统的宽带导航天线。
为达到以上目的，本发明采用如下技术方案。
一种超宽带导航天线，其特征在于，包括上辐射贴片、下辐射贴片、耦合馈电矩形片、馈电探针、金属底板、以及依次叠加在一起的三层陶瓷结构，所述上辐射贴片设置在上层陶瓷结构的上表面，所述下辐射贴片设置在中层陶瓷结构的上表面，所述耦合馈电矩形片设置在下层陶瓷结构的上表面，所述耦合馈电矩形片用来对所述上辐射贴片和所述下辐射贴片进行耦合馈电，所述馈电探针穿过所述下层陶瓷结构与所述耦合馈电矩形片连接。
更为优选的是，所述耦合馈电矩形片包括均匀设置的四个，与之一一对应地设置有四个所述馈电探针，各所述馈电探针通过一分四的功分移相网络进行馈电。
更为优选的是，所述上辐射贴片为印刷在所述上层陶瓷结构上的圆形金属贴片。
更为优选的是，所述下辐射贴片为印刷在所述中层陶瓷结构上的圆形金属贴片。
更为优选的是，所述下辐射贴片与所述上辐射贴片的半径相同，且两者的投影重合。
上辐射贴片和下辐射贴片采用圆形贴片结构，利于仿真与调试。
更为优选的是，所述耦合馈电矩形片为印刷在所述下层陶瓷结构上的矩形金属片，所述矩形金属片的短边中分线在所述上辐射贴片上的投影与所述上辐射贴片的一条半径重合。
更为优选的是，在所述下层陶瓷结构的底部印刷有金属底板，以作为所述宽带导航天线的地板。
更为优选的是，三层陶瓷结构之间通过双面胶粘合。
更为优选的是，所述耦合馈电矩形片与所述馈电探针之间通过焊接固定，在所述中层陶瓷结构上设有与焊接处对应的沉孔。由于实际加工过程中，馈电探针与矩形金属片连接部位会有焊接凸起，因此在中层陶瓷结构的下方，焊接凸起部位进行沉孔处理，以保证中、下层陶瓷结构的紧密贴合。
更为优选的是，各层所述陶瓷结构均为PCB板，以利于小型化。
本发明的有益效果是：
一、本发明采用多层陶瓷结构，上、下两层辐射贴片以在高频低频产生两个谐振点来拓展带宽；使得天线满足1GHz-2GHz工作频段，可覆盖GPS导航系统、北斗导航系统、伽利略导航系统及GLONASS导航系统。经仿真测试，本发明提供的宽带导航天线，其驻波比(VSWR)优于2以下，天线为右旋圆极化工作模式，在整个工作频段内，轴比优于4.5dB，且在一定的仰角范围内可实现较好的圆极化特性，增益优于0dBi。
二、耦合馈电矩形片采用矩形贴片结构，可进一步扩展带宽。
三、下辐射贴片的设置，不仅可以在低频产生一个谐振点，扩展整个天线的带宽，而且由于下辐射贴片的上下两面均加载在陶瓷结构中，可进一步实现小型化。
附图说明
图1为本发明提供的宽带导航天线的整体结构示意图。
图2为本发明提供的宽带导航天线的拆分结构示意图。
图3为本发明提供的宽带导航天线的驻波仿真测试图。
图4为本发明提供的宽带导航天线的轴比仿真测试图。
图5为本发明提供的宽带导航天线的增益仿真测试图。
图6所示为本发明提供的宽带导航天线的水平面各仰角方向图仿真示意图。
附图标记说明：
1：上辐射贴片，2：上层陶瓷结构，3：下辐射贴片，4：中层陶瓷结构，5：耦合馈电矩形片，6：下层陶瓷结构，7：馈电探针，8：金属底板。
具体实施方式
在本发明的描述中，需要说明的是，对于方位词，如有术语“中心”，“横向”、“纵向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示方位和位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于叙述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定方位构造和操作，不能理解为限制本发明的具体保护范围。
此外，如有术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或隐含指明技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”特征可以明示或者隐含包括一个或者多个该特征，在本发明描述中，“至少”的含义是一个或一个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除另有明确规定和限定，如有术语“组装”、“相连”、“连接”术语应作广义去理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；也可以是机械连接；可以是直接相连，也可以是通过中间媒介相连，可以是两个元件内部相连通。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述的术语在本发明中的具体含义。
在发明中，除非另有规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一特征和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“之下”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅是表示第一特征水平高度高于第二特征的高度。第一特征在第二特征“之上”、“之下”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度低于第二特征。
下面结合说明书的附图，对本发明的具体实施方式作进一步的描述，使本发明的技术方案及其有益效果更加清楚、明确。下面通过参考附图描述实施例是示例性的，旨在解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述部分中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
如图1、图2所示，一种超宽带导航天线，是应用于GPS导航系统、北斗导航系统、伽利略导航系统及GLONASS导航系统的宽带导航天线，它包括：上辐射贴片1、上层陶瓷结构2、下辐射贴片3、中层陶瓷结构4、耦合馈电矩形片5、下层陶瓷结构6、馈电探针7和金属底板8，所述上层陶瓷结构2、中层陶瓷结构4、下层陶瓷结构6和所述金属底板8从上到下依次叠加在一起，所述上辐射贴片1设置在所述上层陶瓷结构2的上表面，所述下辐射贴片3设置在所述上层陶瓷结构2和所述中层陶瓷结构4之间，所述耦合馈电矩形片5设置在所述中层陶瓷结构4和所述下层陶瓷结构6之间，在所述下层陶瓷结构6和所述金属底板8上开设有与所述金属馈电片5对应的通孔，所述馈电探针7穿过所述通孔与所述耦合馈电矩形片5连接。
其中，所述上辐射贴片1为圆形金属贴片，采用微带贴片形式。该圆形金属贴片一面暴露在空气中，另一面印刷在PCB板上，可在高频产生一个谐振点。优选地，所述PCB板采用具有低损耗高介电常数的陶瓷板，以便于天线的小型化设计。
所述下辐射贴片3为圆形金属贴片，采用微带贴片形式印刷在所述中层陶瓷结构4上。下辐射贴片3的上、下两面分别与上层陶瓷结构2、中层陶瓷结构4接触。通过设置下辐射贴片3，不仅可以在低频产生一个谐振点，扩展整个天线的带宽，而且由于下辐射贴片3的上下两面均加载在陶瓷结构中，可进一步实现小型化。
所述耦合馈电矩形片5印刷在所述下层陶瓷结构6的上表面，共有五片，用来对上方的上辐射贴片1和下辐射贴片3进行耦合馈电。采用四个耦合馈电矩形片5对上方的两个辐射贴片1、3进行耦合馈电，可以进一步扩展带宽。
优选地，所述耦合馈电矩形片5与所述馈电探针之间7通过焊接固定，在所述中层陶瓷结构4上设有与焊接处对应的沉孔。四个耦合馈电矩形片5与馈电探针7连接后，最终连接到一分四的功分移相网络上进行馈电与工作。
由于实际加工过程中，馈电探针与矩形金属片连接部位会有焊接凸起，因此在中层陶瓷结构的下方，焊接凸起部位进行沉孔处理，以保证中、下层陶瓷结构的紧密贴合。
与现有技术相比，本实施例提供的一种宽带导航天线，通过设置双层辐射贴片、矩形贴片耦合馈电、采用低损耗高介电常数材料等技术，有效地使得相对带宽达到67％，可覆盖GPS导航系统、北斗导航系统、伽利略导航系统及GLONASS导航系统。经仿真测试，本实施例提供的宽带导航天线，其驻波比(VSWR)优于2以下，天线为右旋圆极化工作模式，在整个工作频段内，轴比优于4.5dB，且在一定的仰角范围内可实现较好的圆极化特性，增益优于0dBi；测试结果如图3-图6所示。
通过上述的结构和原理的描述，所属技术领域的技术人员应当理解，本发明不局限于上述的具体实施方式，在本发明基础上采用本领域公知技术的改进和替代均落在本发明的保护范围，本发明的保护范围应由各权利要求项及其等同物限定之。具体实施方式中未阐述的部分均为现有技术或公知常识。

Claims (10)

1.一种宽带导航天线，其特征在于，包括上辐射贴片、下辐射贴片、耦合馈电矩形片、馈电探针、金属底板、以及依次叠加在一起的三层陶瓷结构，所述上辐射贴片设置在上层陶瓷结构的上表面，所述下辐射贴片设置在中层陶瓷结构的上表面，所述耦合馈电矩形片设置在下层陶瓷结构的上表面，所述耦合馈电矩形片用来对所述上辐射贴片和所述下辐射贴片进行耦合馈电，所述馈电探针穿过所述下层陶瓷结构与所述耦合馈电矩形片连接。
2.根据权利要求1所述的一种宽带导航天线，其特征在于，所述耦合馈电矩形片包括均匀设置的四个，与之一一对应地设置有四个所述馈电探针，各所述馈电探针通过一分四的功分移相网络进行馈电。
3.根据权利要求1所述的一种宽带导航天线，其特征在于，所述上辐射贴片为印刷在所述上层陶瓷结构上的圆形金属贴片。
4.根据权利要求3所述的一种宽带导航天线，其特征在于，所述下辐射贴片为印刷在所述中层陶瓷结构上的圆形金属贴片。
5.根据权利要求4所述的一种宽带导航天线，其特征在于，所述下辐射贴片与所述上辐射贴片的半径相同，且两者的投影重合。
6.根据权利要求3所述的一种宽带导航天线，其特征在于，所述耦合馈电矩形片为印刷在所述下层陶瓷结构上的矩形金属片，所述矩形金属片的短边中分线在所述上辐射贴片上的投影与所述上辐射贴片的一条半径重合。
7.根据权利要求1所述的一种宽带导航天线，其特征在于，在所述下层陶瓷结构的底部印刷有金属底板，以作为所述宽带导航天线的地板。
8.根据权利要求1所述的一种宽带导航天线，其特征在于，三层陶瓷结构之间通过双面胶粘合。
9.根据权利要求1所述的一种宽带导航天线，其特征在于，所述耦合馈电矩形片与所述馈电探针之间通过焊接固定，在所述中层陶瓷结构上设有与焊接处对应的沉孔。
10.根据权利要求1所述的一种宽带导航天线，其特征在于，各层所述陶瓷结构均为PCB板。
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