CN111987465B - 一种便于调试的叠层卫星导航微带天线 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种便于调试的叠层卫星导航微带天线，包括从上到下依次排列的上层微带贴片、下层微带贴片、金属结构反射板，以及高频点、低频点馈电连接器。该微带天线将原本位于下层微带贴片的金属图案通过金属化过孔跨层延伸至上层微带贴片表面，高、低两个频率的辐射体都可以只通过上层微带贴片表面的金属图案进行调试，极大地方便了叠层双频卫星导航微带天线的调试工作。同时由于将传统叠层微带天线的下层辐射体延伸至上层表面，一定程度提高了低频天线辐射的效率，以及带宽的扩展。

Description

一种便于调试的叠层卫星导航微带天线

技术领域

本发明涉及卫星导航天线领域，尤其涉及一种便于调试的叠层卫星导航微带天线。

背景技术

微带天线于20世纪70年代初提出以后，引起了天线工程领域的极大关注，这远远超过了天线研发的其他任何领域。与其他天线相比，微带天线具有几个众所周知的优点，包括低剖面、重量轻、制造成本低、鲁棒性以及与微波单片集成电路和光电集成电路技术兼容等。因为这些优点，微带天线已经成为了现在应用最多的GPS、BD二代等卫星导航终端接收天线。

微带天线虽然具有带宽较窄的缺点，但使用多层微带贴片叠层设计的方式，可以有效的实现单只微带天线多谐振频率的使用要求。馈电方式也可以根据后级电路需求，采用各频率单独馈电，或耦合馈电的方式。采用叠层方案设计的微带天线具有大跨度多频点谐振、多极化兼容等优势，但由于天线贴片的层叠关系，使每一层天线贴片的谐振频率受到上下层的相互影响，且由于上层天线贴片的覆盖，使处于下层的微带天线具有不便于调试的缺点。

使用上层微带贴片面积小于下层微带贴片金属图案的方法，虽然能够使下层金属图案边缘暴露在外，但使得上层天线贴片无法使用金属螺钉与结构件进行紧固，不适用于力学环境较恶劣的使用要求，如军工产品等；若将较小的上层天线贴片长出4个安装支耳，与下层天线贴片通过金属螺钉与结构件进行紧固，在需求天线面积较小时，会导致上层天线贴片长出支耳处容易断裂，同时使下层天线贴片上金属图案暴露面积较小，难以使用切割工具对其进行大幅度调试。另外，如果在对下层天线贴片调试时将上层天线贴片取下，则调试过程为盲操作，每次查看调试效果均需要不停拆装上层天线贴片，极大降低了天线调试效率。因此，叠层卫星导航微带天线，尤其是采用了小型化设计的天线，存在着调试工作较复杂的问题。

发明内容

为解决现有技术中叠层卫星导航微带天线调试不便的技术问题，本发明提出一种便于调试的叠层卫星导航微带天线，将位于下层微带贴片的金属图案跨层延伸至上层微带贴片表面，实现了在微带天线表面对高、低两个频率均可调试的目的，同时使用金属螺钉与结构件紧固，能够满足军用产品可靠性的要求。

本发明解决上述技术问题采用的技术方案如下：

一种便于调试的叠层卫星导航微带天线，包括从上到下依次排列的上层微带贴片、下层微带贴片、金属结构反射板，所述上层微带贴片包括第一介质基板，所述第一介质基板上表面设置第一中心区域金属图案、及围绕所述第一中心区域金属图案的四周整圈金属图案，所述第一介质基板下表面设置第二中心区域金属图案；所述四周整圈金属图案内边缘处开设一圈金属化过孔，所述金属化过孔导通四周整圈金属图案和第二中心区域金属图案；所述下层微带贴片包括第二介质基板，所述第二介质基板上表面设置第三中心区域金属图案，其被第二中心区域金属图案所覆盖、且与第二中心区域金属图案接触导通，所述第二介质基板下表面设置金属层；所述金属结构反射板底部还安装有高频点馈电连接器和低频点馈电连接器，所述高频点、低频点馈电连接器的外导体与金属结构反射板导通，所述高频点、低频点馈电连接器的内导体分别通过过孔与第一中心区域金属图案、第三中心区域金属图案导通。

进一步的，所述第二中心区域金属图案外边缘不小于四周整圈金属图案的内边缘。

进一步的，所述下层微带贴片与上层微带贴片形状、面积相同。

进一步的，所述上层、下层微带贴片为正方形。

进一步的，所述四周整圈金属图案为矩形，单边金属化过孔不少于10个。

进一步的，所述上层微带贴片四角设有安装螺钉的沉头孔或通孔，所述下层微带贴片四角设有通孔，所述金属结构反射板开螺纹孔，所述上层、下层微带贴片使用螺钉紧密叠层并紧固在金属结构反射板上。

进一步的，所述高频点馈电连接器和低频点馈电连接器均为同轴电缆或者相同结构射频连接器。

进一步的，所述第一介质基板的介电常数应高于第二介质基板的介电常数。

本发明与现有技术相比的有益效果：

本发明公开的一种便于调试的叠层卫星导航微带天线，将原本位于下层微带贴片的金属图案通过金属化过孔跨层延伸至上层微带贴片表面，与现有叠层卫星导航微带天线相比，在使用同样的上、下层介质基板配置时，均能够保持与传统方案相同、甚至更优的天线辐射效率及带宽，且能够在微带天线完全装配好后，只在微带天线最外表面进行调试，即可对双层叠层的微带天线高、低频率均进行准确调试。

附图说明

所包括的附图用来提供对本发明实施例的进一步的理解，其构成了说明书的一部分，用于例示本发明的实施例，并与文字描述一起来阐释本发明的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的具体实施例中便于调试的叠层卫星导航微带天线侧视剖视图；

图2为本发明的具体实施例中便于调试的叠层卫星导航微带天线俯视图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

1-上层微带贴片、2-第一中心区域金属图案、3-四周整圈金属图案、4-金属化过孔、5-第二中心区域金属图案、6-第三中心区域金属图案、7-下层微带贴片、8-金属层、9-金属结构反射板、10-低频点馈电连接器、11-高频点馈电连接器、12-螺钉。

具体实施方式

本发明提供的一种便于调试的叠层卫星导航微带天线，如图1、2所示，包括从上到下依次堆叠的上层微带贴片1、下层微带贴片7、金属结构反射板9，以及高频点馈电连接器11、低频点馈电连接器10。

上层微带贴片1采用较高介电常数射频基板制作，上表面设置第一中心区域金属图案2及环绕第一中心区域金属图案2的四周整圈金属图案3，且四周整圈金属图案3内边缘处开设一圈金属化过孔4；下表面设置第二中心区域金属图案5，其外边缘覆盖上表面四周整圈金属图案3的内边缘；整圈金属化过孔4导通四周整圈金属图案3和第二中心区域金属图案5；上层微带贴片1四角设有安装螺钉的沉头孔或通孔。

下层微带贴片7采用明显低于上层微带贴片1介电常数的射频基板制作，面积与上层微带贴片相同；其上表面设置的第三中心区域金属图案6完全被上层微带贴片下表面第二中心区域金属图案5所覆盖，并在安装后与第二中心区域金属图案5接触导通；下层微带贴片7下表面由整面金属层8覆盖，避让出高频点、低频点馈电连接器内导体穿过的区域；下层微带贴片7四角在与上层微带贴片1四角安装孔相同位置设相同孔径的通孔。

金属结构反射板9用于安装上层、下层微带贴片和高频点、低频点馈电连接器，作为整个卫星导航微带天线的结构承载，同时作为微带天线辐射的反射面。上层、下层微带贴片使用螺钉紧密叠层并紧固在金属结构反射板9上，金属结构反射板上开螺纹孔；金属结构反射板9与下层微带贴片下表面金属层8接触导通；金属结构反射面9与高频点、低频点馈电连接器外导体安装接触导通，并使馈电连接器内导体绝缘穿入上、下层微带贴片；金属结构反射板9具体结构根据实际需求设计。

高频点馈电连接器11和低频点馈电连接器10均为同轴电缆或相同结构射频连接器，用于对叠层卫星导航微带天线高、低频率的分别馈电。两种馈电连接器外导体固定于金属结构反射板9并导通；高频点馈电连接器11内导体通过阻抗控制穿过金属结构反射板9、下层微带贴片7和上层微带贴片1，插入至第一中心区域金属图案2，并焊接导通；低频点馈电连接器10内导体通过阻抗控制穿过金属结构反射板9、下层微带贴片7，插入至第三中心区域金属图案6，并焊接导通；高频点、低频点馈电连接器用于将电流信号最高效率地传导至卫星导航微带天线金属辐射层(或逆过程)，另一端与发射机或接收机相连接。

本发明中，上层微带贴片根据实际结构需求，选择适当的高介电常数介质基板，根据具体微带天线谐振频率需求设计选择。第一中心区域金属图案2按照双频天线要求中较高频率的微带天线进行设计制作，与传统微带天线图案无异，为矩形，用于产生微带天线较高频率的电磁谐振，金属图案的形状及尺寸，影响着微带天线谐振频率、极化形式等。上层微带贴片开设高频馈电过孔，用于穿过高频点馈电连接器内导体，使内导体与第一中心区域金属图案2焊接导通，为微带天线高频辐射馈电。四周整圈金属图案3将第一中心区域金属图案2框在中央，不连通，作为微带天线低频辐射体的外边缘面，形状及大小影响着微带天线低频的谐振频点、极化形式等。第二中心区域金属图案5面积覆盖四周整圈金属图案3内边缘，作为微带天线低频辐射主体，同时作为第一中心区域金属图案2高频辐射体的参考地；第二中心区域金属图案5的面积，与四周整圈金属图案3的外边缘面积，共同影响着微带天线低频的谐振频点。金属化过孔4作为连接导通四周整圈金属图案3和第二中心区域金属图案5的连接体，使上、下表面的金属图案形成跃层整片辐射体。金属化过孔位于四周整圈金属图案3内边缘与第二中心区域金属图案5外边缘所重叠的区域，并在矩形每条边设置足够多的金属化过孔数量。

本发明中，下层微带贴片采用的介质基板的介电常数应明显低于上层微带贴片介质基板的介电常数。上表面第三中心区域金属图案6应小于第二中心区域金属图案5，并涵盖低频馈电过孔位置，主要作用为实现与第二中心区域金属图案5的接触导通，将低频馈电能量进行有效传导。下层微带贴片上设置的低频馈电过孔，用于穿过低频点馈电连接器内导体，使内导体与第三中心区域金属图案6焊接导通，为微带天线低频辐射馈电。下表面整面金属层8为微带天线低频辐射的参考地，与低频点馈电连接器10和高频点馈电连接器11的外导体导通。

本发明中，金属结构反射板9为全金属材质，不仅用于安装、支撑上层微带贴片、下层微带贴片及高频点、低频点馈电连接器，还可用于与后级结构相衔接，或配装天线罩等，可根据实际结构要求进行设计。

上述叠层卫星导航微带天线，较高频率辐射贴片由上层微带贴片谐振产生，较低频率辐射贴片由下层微带贴片通过金属化过孔跨层延伸至上层微带贴片表面共同产生，因此高、低两个频率的辐射体都可以只通过上层微带贴片表面的金属图案进行调试，极大地方便了叠层双频卫星导航微带天线的调试工作。

下面结合一个具体实施例对本发明进行详细说明。

本实施例中，便于调试的叠层卫星导航微带天线由上层微带贴片1、下层微带贴片7、金属结构反射板9、高频点馈电连接器11、低频点馈电连接器10和上、下层微带贴片固定螺钉12构成，如图1、图2所示为微带天线的侧视剖视图和俯视图。

上层微带贴片1安装于微带天线最上层，俯视为正方形，上表面蚀刻金属图案第一中心区域金属图案2和四周整圈金属图案3，四周整圈金属图案3通过一圈均匀分布的金属化过孔4与下表面蚀刻的第二中心区域金属图案5相导通。

下层微带贴片7与上层微带贴片1外形一致，上表面蚀刻的第三中心区域金属图案6与上层微带贴片1下表面的第二中心区域金属图案5紧密接触导通，下表面整面金属层8与金属结构反射板9紧密接触导通。

低频点馈电连接器10外导体与金属结构反射板9安装并导通，内导体与下层微带贴片7上表面第三中心区域金属图案6焊接导通，与其他结构均不接触；高频点馈电连接器11外导体与金属结构反射板9安装并导通，内导体与上层微带贴片1上表面第一中心区域金属图案2焊接导通，与其他结构均不接触。上层微带贴片1、下层微带贴片7和金属结构反射板9通过四颗上、下层微带贴片固定螺钉12固定在一起。

本实施例中，上层微带贴片1为介电常数16的陶瓷复合基板；下层微带贴片7为介电常数6.15的陶瓷复合基板；第一中心区域金属图案2谐振于GPS卫星导航频率1575MHz，采用切角方式实现右旋圆极化辐射，与高频点馈电连接器11的内导体焊接；四周整圈金属图案3通过一圈金属化过孔4与第二中心区域金属图案5直流导通，形成跨层的微带天线，谐振于BD卫星导航频率1268MHz，在四周整圈金属图案3上采用切角方式实现右旋圆极化辐射；下层微带贴片7的第三中心区域金属图案6与低频点馈电连接器10的内导体焊接；整只叠层微带天线通过若干固定螺钉12全部安装。该微带天线通过分别对上层微带贴片1上表面的第一中心区域金属图案2和四周整圈金属图案3按照微带天线的普通调试方法，即可对GPS频率和BD频率的频偏、极化、阻抗匹配等指标进行调试。

本发明主要区别于现有叠层卫星导航微带天线设计之处在于，将原本位于下层微带贴片的金属图案跨层延伸至上层微带贴片表面，从而实现了在微带天线表面对高、低两个频率均可调试的目的。同时由于下层微带贴片的辐射体跨层至上层微带贴片，使微带天线的低频辐射效率有所提高，带宽略微增大。上层微带贴片的一圈金属化过孔数量可以根据仿真进行优化，对于卫星导航频率无需设置过多过密，一般单边保证不少于10个金属化过孔即可。

本发明实例中的微带天线采用了单馈点馈电形式，馈电形式并不影响本发明所述叠层技术，可以使用传统叠层卫星导航微带天线的任意馈电方式。

如上针对一种实施例描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施例中使用，和/或与其它实施例中的特征相结合或替代其它实施例中的特征使用。

应该强调，术语“包括/包含”在本文使用时指特征、整件、步骤或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、整件、步骤、组件或其组合的存在或附加。

这些实施例的许多特征和优点根据该详细描述是清楚的，因此所附权利要求旨在覆盖这些实施例的落入其真实精神和范围内的所有这些特征和优点。此外，由于本领域的技术人员容易想到很多修改和改变，因此不是要将本发明的实施例限于所例示和描述的精确结构和操作，而是可以涵盖落入其范围内的所有合适修改和等同物。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

本发明未详细说明部分为本领域技术人员公知技术。

Claims (8)

1.一种便于调试的叠层卫星导航微带天线，包括从上到下依次排列的上层微带贴片、下层微带贴片、金属结构反射板，其特征在于，所述上层微带贴片包括第一介质基板，所述第一介质基板上表面设置第一中心区域金属图案、及围绕所述第一中心区域金属图案的四周整圈金属图案，所述第一介质基板下表面设置第二中心区域金属图案；所述四周整圈金属图案内边缘处开设一圈金属化过孔，所述金属化过孔导通四周整圈金属图案和第二中心区域金属图案；所述下层微带贴片包括第二介质基板，所述第二介质基板上表面设置第三中心区域金属图案，其被第二中心区域金属图案所覆盖、且与第二中心区域金属图案接触导通，所述第二介质基板下表面设置金属层；

所述金属结构反射板底部还安装有高频点馈电连接器和低频点馈电连接器，所述高频点、低频点馈电连接器的外导体与金属结构反射板导通，所述高频点、低频点馈电连接器的内导体分别通过过孔与第一中心区域金属图案、第三中心区域金属图案导通。

2.根据权利要求1所述的便于调试的叠层卫星导航微带天线，其特征在于，所述第二中心区域金属图案外边缘不小于四周整圈金属图案的内边缘。

3.根据权利要求1所述的便于调试的叠层卫星导航微带天线，其特征在于，所述下层微带贴片与上层微带贴片形状、面积相同。

4.根据权利要求3所述的便于调试的叠层卫星导航微带天线，其特征在于，所述上层、下层微带贴片为正方形。

5.根据权利要求4所述的便于调试的叠层卫星导航微带天线，其特征在于，所述四周整圈金属图案为矩形，单边金属化过孔不少于10个。

6.根据权利要求5所述的便于调试的叠层卫星导航微带天线，其特征在于，所述上层微带贴片四角设有安装螺钉的沉头孔或通孔，所述下层微带贴片四角设有通孔，所述金属结构反射板开螺纹孔，所述上层、下层微带贴片使用螺钉紧密叠层并紧固在金属结构反射板上。

7.根据权利要求1所述的便于调试的叠层卫星导航微带天线，其特征在于，所述高频点馈电连接器和低频点馈电连接器均为同轴电缆或者相同结构射频连接器。

8.根据权利要求1所述的便于调试的叠层卫星导航微带天线，其特征在于，所述第一介质基板的介电常数应高于第二介质基板的介电常数。

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