CN110828983A - 双频微带天线装置 - Google Patents

Abstract

一种双频微带天线装置，包括：导电接地平面、设于导电接地平面上的介质基片、贴设于介质基片上的辐射贴片，以及若干馈电探针；辐射贴片包括同心的第一辐射贴片和第二辐射贴片，第一辐射贴片为齿轮状薄片，第一辐射贴片的轮齿中部加工有一狭缝；所述第二辐射贴片为齿轮状薄片，第二辐射贴片中部加工有齿轮状开口，所述第一辐射贴片设于该齿轮状开口内；所述齿轮状的第二辐射贴片的每个轮齿端部加工有向下的弯折部；本发明采用单层天线结构，结构简单，可靠性更高，成本低，便于加工，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

双频微带天线装置

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天线装置。

背景技术

随着科技的发展，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馈电结构简单、工作带宽、性能稳定的双频微带天线装置。

本发明的另一个目的是提供一种结构紧凑、尺寸小、相位中心稳定的双频微带天线装置。

为了解决上述技术问题，本发明公开了一种双频微带天线装置，包括：导电接地平面、设于导电接地平面上的介质基片、贴设于介质基片上的辐射贴片，以及若干馈电探针；

所述辐射贴片包括同心的第一辐射贴片和第二辐射贴片，所述第一辐射贴片谐振产生高频，所述第二辐射贴片谐振产生低频，形成高低双频段；

所述第一辐射贴片为齿轮状薄片，所述齿轮状的第一辐射贴片的每个轮齿中部沿径向加工有一狭缝；

所述第二辐射贴片为齿轮状薄片，第二辐射贴片大于第一辐射贴片，第二辐射贴片中部加工有与第一辐射贴片形状相适应的齿轮状开口，所述第一辐射贴片设于该齿轮状开口内；所述齿轮状的第二辐射贴片的每个轮齿端部加工有向下的弯折部，弯折部贴合在介质基片侧壁上。

优选的是，所述介质基片为圆柱状双层结构，包括上层的第一基片和下层的第二基片。

优选的是，所述第一基片厚度为0-0.5mm，介电常数2.65-9.0，第二基片厚度为9-15mm，介电常数2.65-9.0。

优选的是，所述第二辐射贴片内缘上有用于形成齿轮状开口的内轮齿，在双频微带天线装置的每个内轮齿顶部附近位置加工有第二固定孔，在双频微带天线装置的中心处加工有第一固定孔，第一固定孔和第二固定孔内安装有紧固件，通过紧固件将介质基片固定于导电接地平面上。

优选的是，所述紧固件优选金属固定螺丝。

优选的是，所述部分或全部第二固定孔附近设有第二耦合馈电探针，第二耦合馈电探针对称设于第二固定孔的远离第二辐射贴片中心一侧径线方向上。

优选的是，所述第一固定孔附近对称设有若干个第一耦合馈电探针，第一耦合馈电探针和第二耦合馈电探针分别设于以第一固定孔为圆心的不同圆周上。

优选的是，所述第一耦合馈电探针和第二耦合馈电探针穿过介质基片与导电接地平面焊接固定，第一耦合馈电探针对第一辐射贴片进行馈电，第二耦合馈电探针对第二辐射贴片进行馈电。

优选的是，所述导电接地平面为PCB板。

优选的是，所述第一耦合馈电探针和第二耦合馈电探针正交且数量均为4个，第一辐射贴片和第二辐射贴片产生的信号经过90度耦合器的移相，合路后输出圆极化信号。

本发明的双频微带天线装置，至少具有以下优点：

1.在天线的介质四周采用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，第一基片作用微带天线的辐射板，耐高温，可焊接，可以直接采用薄铜片，第二基片，采用工程塑料或其它介质（介电常数2.65~9.0），有利于降低成本；

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；介质基片的介电常数高于传统的空气层天线介质常数；并且，第二辐射贴片的弯折部可以延长辐射贴片长度，有利于缩小产品体积。

4.第一辐射贴片和第二辐射贴片在同一平面，采用单层贴片辐射，双频之间相位中心高误差更小，更加利于精确测量定位。

5.可以通过对第一辐射贴片和第二辐射贴的轮齿高度、齿槽深度以及第一辐射贴片上狭缝的长度和宽度、第二辐射贴上弯折部的长度、宽度等，分别对低频、高频的频率进行微调，实现可制造化。

6.天线中间采用金属螺钉进行电气导通和固定，提高了产品的机械强度，使产品更加耐振动、抗摔；采用金属螺丝后，介质基片无需金属化过孔，给产品制造加工带来了很大的便利，尤其适合厚基片（大于6mm）的加工。

附图说明

图1为一种双频微带天线装置的立体结构示意图。

图2为图1中双频微带天线装置的底部结构示意图（不含紧固件）。

图3为一种第二辐射贴片的结构示意图（未打孔）。

图4为图1中第二辐射贴片的增益方向图。

图5为图1中第一辐射贴片的增益方向图。

图6为图1中第二辐射贴片的轴比图。

图7为图1中第一辐射贴片的轴比图。

图8为图1中双频微带天线装置的信号合成电路图。

图中标号为：1-导电接地平面，2-介质基片，210-第一基片，220-第二基片，3-辐射贴片，310-第一辐射贴片，311-狭缝，320-第二辐射贴片，321-齿轮状开口，322-内轮齿，323-弯折部，4-第一固定孔，5-第二固定孔，6-第一耦合馈电探针，7-第二耦合馈电探针。

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1-3所示，一种双频微带天线装置，包括：导电接地平面1、设于导电接地平面上的介质基片2、贴设于介质基片上的辐射贴片3，以及若干馈电探针；

所述辐射贴片3包括同心的第一辐射贴片310和第二辐射贴片320，所述第一辐射贴片谐振产生高频，所述第二辐射贴片谐振产生低频，形成高低双频段；

所述第一辐射贴片为齿轮状薄片，齿数为8个，所述齿轮状的第一辐射贴片的每个轮齿中部沿径向加工有一狭缝311；

所述第二辐射贴片为齿轮状薄片，齿数为36个，第二辐射贴片大于第一辐射贴片，第二辐射贴片中部加工有与第一辐射贴片形状相适应的齿轮状开口321，所述第一辐射贴片设于该齿轮状开口内；所述齿轮状的第二辐射贴片的每个轮齿端部加工有向下的弯折部323，弯折部贴合在介质基片侧壁上。

所述介质基片为圆柱状双层结构，包括上层的第一基片210和下层的第二基片220。

所述第一基片厚度为0.25mm，介电常数在2.65-9.0之间，第二基片厚度为12mm，介电常数在2.65-9.0之间。

所述第二辐射贴片内缘上有用于形成齿轮状开口的内轮齿322，在双频微带天线装置的每个内轮齿顶部附近位置加工有第二固定孔5，第二固定孔数量为8个，在双频微带天线装置的中心处加工有一个第一固定孔4，第一固定孔和第二固定孔内安装有紧固件，通过紧固件将介质基片固定于导电接地平面上。

所述紧固件优选金属固定螺丝。采用金属螺丝，介质基片无需金属化过孔，有利于简化制造工艺。

所述8个第二固定孔中的4个（十字正交对称）附近设有第二耦合馈电探针7，第二耦合馈电探针对称设于第二固定孔的远离第二辐射贴片中心一侧径线方向上。

所述第一固定孔4附近对称设有4个第一耦合馈电探针6（十字正交对称），第一耦合馈电探针和第二耦合馈电探针分别设于以第一固定孔4为圆心的不同圆周上。

所述第一耦合馈电探针和第二耦合馈电探针穿过介质基片与导电接地平面焊接固定，第一耦合馈电探针对第一辐射贴片进行馈电，第二耦合馈电探针对第二辐射贴片进行馈电。

所述导电接地平面1为PCB板。

实施例2

与实施例1类似，其区别之处在于，所述第一基片的厚度为0，即只采用第二基片，第二基片厚度为9-15mm，介电常数2.65-9.0。这样虽会弱化部分性能，但结构得到简化，成本降低，适用于部分定位精度要求较低的场合。

实施例3

如图4-8，第一辐射贴片和第二辐射贴片产生的信号经过90度耦合器的移相，合路后输出圆极化信号（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。

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)

1.一种双频微带天线装置，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、贴设于介质基片上的辐射贴片，以及若干馈电探针；

所述辐射贴片包括同心的第一辐射贴片和第二辐射贴片，所述第一辐射贴片谐振产生高频，所述第二辐射贴片谐振产生低频，形成高低双频段；

所述第一辐射贴片为齿轮状薄片，所述齿轮状的第一辐射贴片的每个轮齿中部沿径向加工有一狭缝；

所述第二辐射贴片为齿轮状薄片，第二辐射贴片大于第一辐射贴片，第二辐射贴片中部加工有与第一辐射贴片形状相适应的齿轮状开口，所述第一辐射贴片设于该齿轮状开口内；所述齿轮状的第二辐射贴片的每个轮齿端部加工有向下的弯折部，弯折部贴合在介质基片侧壁上。

2.如权利要求1所述的双频微带天线装置，其特征在于，所述介质基片为圆柱状双层结构，包括上层的第一基片和下层的第二基片。

3.如权利要求2所述的双频微带天线装置，其特征在于，所述第一基片厚度为0-0.5mm，介电常数2.65-9.0，第二基片厚度为9-15mm，介电常数2.65-9.0。

4.如权利要求3所述的双频微带天线装置，其特征在于，所述第二辐射贴片内缘上有用于形成齿轮状开口的内轮齿，在双频微带天线装置的每个内轮齿顶部附近位置加工有第二固定孔，在双频微带天线装置的中心处加工有第一固定孔，第一固定孔和第二固定孔内安装有紧固件，通过紧固件将介质基片固定于导电接地平面上。

5.如权利要求4所述的双频微带天线装置，其特征在于，所述紧固件优选金属固定螺丝。

6.如权利要求4所述的双频微带天线装置，其特征在于，所述部分或全部第二固定孔附近设有第二耦合馈电探针，第二耦合馈电探针对称设于第二固定孔的远离第二辐射贴片中心一侧径线方向上。

7.如权利要求6所述的双频微带天线装置，其特征在于，所述第一固定孔附近对称设有若干个第一耦合馈电探针，第一耦合馈电探针和第二耦合馈电探针分别设于以第一固定孔为圆心的不同圆周上。

8.如权利要求7所述的双频微带天线装置，其特征在于，所述第一耦合馈电探针和第二耦合馈电探针穿过介质基片与导电接地平面焊接固定，第一耦合馈电探针对第一辐射贴片进行馈电，第二耦合馈电探针对第二辐射贴片进行馈电。

9.如权利要求1所述的双频微带天线装置，其特征在于，所述导电接地平面为PCB板。

10.如权利要求1-9任意一项所述的双频微带天线装置，其特征在于，所述第一耦合馈电探针和第二耦合馈电探针正交且数量均为4个，第一辐射贴片和第二辐射贴片产生的信号经过90度耦合器的移相，合路后输出圆极化信号。

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