CN201364956Y - 多频贴片天线装置 - Google Patents

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Abstract

本实用新型涉及一种多频贴片天线装置，包括贴片天线、PCB板、屏蔽罩及低噪声放大电路，所述贴片天线装置进一步包含贴片天线、第多频段馈电网络、多频段馈电探针以及至少四个馈点，该至少四个馈点构成至少两组馈电点，该至少两组馈电点一端与所述贴片天线连接，另一端通过所述多频段馈电探针分别穿过所述PCB板与所述多频段馈电网络相连接；所述屏蔽罩与所述PCB板连接。本实用新型提高了天线相位中心的稳定度，降低了轴比，同时使得匹配变得更加简单，使得天线变得更加紧凑；本实用新型所述装置能同时接收多路载波，进而消除电离层的干扰，提高测量精度。

Description

多频贴片天线装置
技术领域
本实用新型涉及通信天线领域，尤其涉及测量天线中的多频贴片天线装置。
背景技术
随着卫星导航以及测量技术的不断发展，卫星定位系统也得到了日益广泛的应用。目前，全球已有多个国家建立了自己的卫星定位系统，如中国的北斗系统、美国的GPS系统、俄罗斯的GLONASS系统以及欧洲的GALILEO系统。随着这些卫星系统的不断成熟及民用化进程的深化，作为卫星定位系统关键技术之一的高性能接收设备测量天线，已成为倍受关注的一个热点技术。
另外，移动通讯系统的发展也带来了天线技术的变革，在第三代移动通讯系统中，无论是CDMA2000系统，还是TDS-CDMA或者WCDMA系统，通信天线往往都成为技术发展的关键要素之一。
无论是卫星定位系统，还是移动通信系统，测量天线性能的优劣都直接影响接收设备的定位精度，进而影响整个系统的工作能力，定位精度越高，可以满足的业务应用范围越广、业务支持能力越强。目前，对于高端定位应用，其精度要求已经达到毫米级，而对于定位精度要求在毫米级的高精度测量天线，单一频段已不能满足要求，如GPS高精度接收天线，必须在接收L1载波的同时接收其L2载波，进而消除电离层的干扰，以期提高精度。在这样的趋势下，为保证接收机更稳定的工作，能同时接收多个卫星系统或通信系统的接收机已成了信号接收系统研究的主要方向，而通信以及测量天线作为接收机的关键部件，自然需要满足更高的要求。
中国专利CN101136503A公开了一种提高低仰角增益的环形卫星导航天线及其制备方法，通过去除基板中间介质技术、地板内缩技术、短路技术，减小了高次模的影响，提高了低仰角增益和频带宽度，可工作于1.559GH/1.561GHz/1.575GHz频带，并且适用于GPS/GALLEO/BD2三个卫星导航系统的导航终端。但是，该专利所述技术只是应用在地段的导航终端或移动终端，其定位精度较差，满足不了高端定位系统及通信系统对天线精度的要求。
高精度卫星定位系统以及高端移动通信系统的载波一般多采用圆极化方式，相应的多频天线一般也都采用螺旋天线、缝隙天线或贴片天线来满足接收圆极化信号的需求。螺旋天线具有较好的圆极化性能及宽频特性，但空间体积较大，不仅不易内置，而且也很难与载体共形。缝隙天线由于导体表面的不连续性，不易实现馈电方式，且很难找到合适的相位中心。相比较而言，贴片天线具有平面化、结构简单、易馈电、占用空间小且易设计加工等优点，近年来被大量应用于各类高端无线通信终端中。
但是如果采用常规的贴片天线设计方式，平板天线的阻抗带宽和圆极化带宽都较窄，低仰角增益也很难满足卫星导航接收机的要求。而若采用目前常见的单馈点微扰方式来设计圆极化天线，虽然能保证增益特性，但由于加工工艺固有的局限性，很难保证轴比的一致性，更重要的是，这种方案不能保证天线相位中心与几何中心的重合，这种技术若在普通导航天线使用，对导航不会产生太大的影响，而若用在高精度的测量领域，则会严重影响到测量精度。
实用新型内容
本实用新型的主要目的是提供一种高精度、高稳定性、高增益多频贴片天线装置，以期克服现有技术存在的精度低、稳定性差以及增益不足的缺点。
本实用新型构造的一种多频贴片天线装置，包括贴片天线、PC B板、屏蔽罩及低噪声放大电路，所述贴片天线装置进一步包含贴片天线、第多频段馈电网络、多频段馈电探针以及至少四个馈点，该至少四个馈点构成至少两组馈电点，该至少两组馈电点一端与所述贴片天线连接，另一端通过所述多频段馈电探针分别穿过所述PCB板与所述多频段馈电网络相连接；所述屏蔽罩与所述PCB板连接。
所述多频段馈电网络为第一频段馈电网络和第二频段馈电网络；所述多频段馈电探针为第一频段馈电探针和第二频段馈电探针。
所述各组馈电点分别围绕所述多频贴片天线装置中心轴线90度分布。从第一频段馈电网络输出的信号先后经过第一频段第一级滤波器，第一频段低噪声放大器，第一频段第二级滤波器，然后达到合路网络。与此类似，第二频段馈电网络输出的信号先后经过第二频段第一级滤波器，第二频段低噪声放大器，第二频段第二级滤波器，在合路网络中与第一频段来的信号合并后，经过多级合路低噪声放大器放大后再输出。
所述第一频段馈电网络和第二频段馈电网络都包括微带线和至少一个电桥，电桥的匹配端口分别接匹配负载。
所述低噪声放大电路为多级低噪声放大器与滤波电路组成，所述滤波电路为前置滤波，滤波器位于所述低噪声放大器之前。多级低噪声放大器通过先分路放大后合路放大的方式，其中合路部分通过合路网络来实现。
所述贴片天线为层叠贴片天线结构，包括一片以上微带介质天线，所述微带介质天线的上辐射面为圆形结构；所述微带介质天线的下辐射面为圆形结构。
所述微带介质天线进一步包括高频基板和若干个贴片所述高频基板具有第一表面、第二表面及多个过孔；第一频段馈电探针与第二频段馈电探针分别从过孔中穿过；所述贴片分别位于所述高频基板的第一表面与第二表面，第二表面的贴片尺寸不小于第一表面的贴片尺寸，所述贴片为圆形结构。
所述PCB板包括底层与顶层两部分，所述底层用来做反射板用，全部缚铜，只留出馈电过孔；所述顶层用来放第一频段馈电网络、第二频段馈电网络及低噪声放大电路等各类电路与结构。
所述屏蔽罩至少由一个金属腔体组成，其直接与PCB板的接地部分连接。
相对于现有技术而言，本实用新型具有明显的优势：首先，本实用新型采用了多馈点技术，这一设计方案在提高带宽的同时，也提高了天线相位中心的稳定度，使得天线装置的测量精度进一步提高；其次，本实用新型所述多个馈电网络结构，确定了天线的极化方式，降低了轴比，同时使得匹配变得更加简单，使得天线变得更加紧凑；再次，多层贴片的有效应用，使本实用新型所述装置能同时接收多路载波，进而消除电离层的干扰，提高测量精度。
另外，相对于现有技术而言，本实用新型所述装置在贴片天线下方增加了独特的低噪声放大电路及屏蔽罩，提高了天线的抗干扰的能力，使天线工作更加稳定，测量精度得到进一步的保证；而且在低噪声放大电路中，通过合路网络的妥善设计，降低了功耗，缩小了尺寸；传统方法一般采用金属板做反射面，而本实用新型利用PCB板做反射面，加工简单，便于生产组装，同时也节省成本。
本实用新型所述装置不仅在性能上较之现有技术有着非常明显的优势，而且本实用新型所述装置加工容易，装配简单，一致性好，适合批量生产，产业价值高。
附图说明
图1是本实用新型所述多频贴片天线装置的俯视图。
图2是本实用新型所述多频贴片天线装置的剖视图。
图3是本实用新型所述多频贴片天线装置的底视图。
图4是本实用新型所述多频贴片天线装置的第一频段馈电网络示意图。
图5是本实用新型所述多频贴片天线装置的第二频段馈电网络示意图。
图6是本实用新型所述多频贴片天线装置的低噪声放大电路示意图。
图7是本实用新型所述多频贴片天线装置的馈电探针分布示意图。
具体实施方式
以下结合附图以及具体实施方式对本实用新型所述装置做进一步的详细说明。
本实用新型所述的多频贴片天线装置在卫星定位系统和移动通信系统中有着非常广泛的应用，尤其是在涉及具有高精度、零相位中心要求的高端领域，更是有着非常重要的价值。本实用新型所述装置在包括GPS接收机天线、GPS+GLONASS接收天线以及基站天线等设备上，可以非常有效的发挥其性能优势。
图1到图7为本实用新型所述多频贴片天线装置的一个具体实施方案结构图。
如图1和图2所示，所述的多频贴片天线装置包括上层贴片1、四套锁紧螺钉3、上层高频基板5、第二层贴片8、第三层贴片9、下层高频基板4、下层贴片10、PCB板6、四根第一频段馈电探针2、四根第二频段馈电探针7、屏蔽罩11、第一频段馈电网络(如图4)、第二频段馈电网络(如图5)及低噪声放大电路(如图6)。所述上层高频基板5与下层高频基板4都具有第一与第二表面，其中，第一表面为辐射单元主体。所述上层贴片1与第二层贴片8分别位于上层高频基板5的第一与第二表面，下层贴片10与第三层贴片9分别位于下层高频基板4的第二表面与第一表面。所述PCB板分顶层与底层，底层与所述下层贴片10紧密接触，顶层放置所述第一频段馈电网络、第二频段馈电网络及低噪声放大电路，所述屏蔽罩11也与顶层接地部分直接焊接。所述四根第一频段馈电探针2的一端以所述上层贴片1的圆心为中心，均匀对称的分布于所述上层贴片1上，并与所述上层贴片1直接焊接，另一端分别穿过所述上层高频基板5、第二层贴片8、第三层贴片9、下层高频基板4、下层贴片10、PCB板6的过孔，最后与所述第一频段馈电网络中电桥A22的输入端口16及电桥B17的输入端口18直接相连(如图4)。同样所述四根第二频段馈电探针7的一端以所述第三层贴片9的圆心为中心，均匀对称的分布于所述第三层贴片9上，并与第三层贴片9直接焊接。另一端分别穿过所述下层高频基板4、下层贴片10、PCB板6的过孔，最后与所述第二频段馈电网络中电桥D30的输入端口32及电桥E34的输入端口33直接相连(如图5)。
如图4，第一频段馈电网络包括电桥A22、电桥B17、电桥C12及短微带线14和长微带线15，所述四根第一频段馈电探针2分别从电桥A22的输入端口16及电桥B17的输入端口18输入，从电桥B17和电桥A22输出的信号分别接长微带线15与短微带线14，长微带线15比短微带线14长四分之一波长(相对于第一频段)，然后分别与电桥C12的两输入端口23相连，最后由电桥C12输出端口13输出，电桥A22匹配端口20、电桥B17匹配端口19、电桥C12匹配端口21分别接匹配负载。通过第一频段馈电网络不仅轻易的使天线在第一频段实现右旋圆极化，而且使馈电简单化，并且结构简单。同样的道理，如图5所示，通过第二频段馈电网络，使天线在第二频段实现右旋圆极化。
如图6所示，低噪声放大电路包括第一频段第一级滤波器36、第一频段低噪声放大器37、第一频段第二级滤波器38、第二频段第一级滤波器42、第二频段低噪声放大器43、第二频段第二级滤波器44、合路网络39、第一级合路低噪声放大器40、第二级合路低噪声放大器41(此低噪声放大器的取舍，根据放大倍数的要求而定)、合路输出端口45。通过合路匹配网络19，减少了低噪声放大器的个数，降低了功耗。由电桥C12输出端口13输出的第一频段的信号先后经过第一频段第一级滤波器36、第一频段低噪声放大器37、第一频段第二级滤波器38、然后达到合路网络39。与此类似，第二频段馈电网络输出的信号先后经过第二频段第一级滤波器42，第二频段低噪声放大器43，第二频段第二级滤波器44，在合路网络39中与第一频段来的信号合并后，经过第一级合路低噪声放大器40、第二级合路低噪声放大器41放大后再从合路输出端口45输出。上面所述的各类滤波器均为带通滤波器。
本实用新型的整体连接流程为：第一频段的信号经贴片天线由所述四根第一频段馈电探针2与第一频段馈电网络中电桥A22的输入端口16和电桥B17的输入端口18相连，然后经过所述电桥C12的两输入端口23，再到达所述电桥C12输出端口13，在所述低噪声放大电路中，从所述电桥C12输出端口13来的信号经由所述第一频段第一级带通滤波器36、第一频段低噪声放大器37、第一频段第二级带通滤波器38后达到合路网络39。同理，第二频段的信号经贴片天线由所述四根第二频段馈电探针7与所述第二频段馈电网络相连后，信号由所述电桥F27的输出端口25输出，然后先后通过第二频段第一级滤波器42，第二频段低噪声放大器43，第二频段第二级滤波器44，在合路网络39中与第一频段来的信号合并后，经过第一级合路低噪声放大器40、第二级合路低噪声放大器41放大后再从合路输出端口45输出。其中第二级合路低噪声放大器41可根据产品的实际要求取舍。
本实用新型所述多频贴片天线装置由于采用了多频技术，能够同时接收L1/L2载波，进而消除电离层的干扰，提高精度；其次，本实用新型所述多频贴片天线装置采用了贴片天线与带滤波器及多级低噪声放大器相结合的方式，抑除带外干扰的同时降低天线与接收设备之间的损耗，提高了抗干扰的能力，进而提高了测量精度。在充分利用贴片天线优点的同时，本实用新型所述多频贴片天线装置采用多馈点双层贴片的特殊结构，进一步提高了设备的精度，而且还具有稳定的相位中心，且能谐振在多个频段，能同时接收多个卫星系统的多个载波频段，实现了多频多星技术的要求。
另外，本实用新型所述多频贴片天线装置采用PCB板作为反射板，简化了天线加工过程，降低了成本。把多路放大电路的合并，降低了成本，减小了功耗。

Claims (20)

1.一种多频贴片天线装置，包括贴片天线装置、PCB板(6)、屏蔽罩(11)及低噪声放大电路，其特征在于，所述贴片天线装置进一步包含贴片天线、多频段馈电网络、多频段馈电探针(2、7)以及至少四个馈点，该至少四个馈点构成至少两组馈电点，该至少两组馈电点一端与所述贴片天线连接，另一端通过所述多频段馈电探针(2、7)分别穿过所述PCB板(6)与所述多频段馈电网络相连接；所述屏蔽罩(11)与所述PCB板(6)连接。
2.根据权利要求1所述的多频贴片天线装置，其特征在于，所述多频段馈电网络为第一频段馈电网络和第二频段馈电网络；所述多频段馈电探针(2、7)为第一频段馈电探针(2)和第二频段馈电探针(7)。
3.根据权利要求1或2所述的多频贴片天线装置，其特征在于，所述贴片天线为层叠贴片天线结构，包括一片以上微带介质天线。
4.根据权利要求3所述的多频贴片天线装置，其特征在于，所述微带介质天线的上辐射面为圆形结构。
5.根据权利要求3所述的多频贴片天线装置，其特征在于，所述微带介质天线的下辐射面为圆形结构。
6.根据权利要求3所述的多频贴片天线装置，其特征在于，所述微带介质天线进一步包括高频基板和若干个贴片；所述高频基板具有第一表面、第二表面及多个过孔；所述多频段馈电探针(2、7)分别从过孔中穿过；所述贴片分别位于所述高频基板的第一表面与第二表面。
7.根据权利要求6所述的多频贴片天线装置，其特征在于，所述第二表面的贴片尺寸不小于第一表面的贴片尺寸。
8.根据权利要求3所述的多频贴片天线装置，其特征在于，所述贴片天线进一步包括上层贴片(1)、上层高频基板(5)、第二层贴片(8)、第三层贴片(9)、下层高频基板(4)、下层贴片(10)；所述上层高频基板(5)与下层高频基板(4)都具有第一与第二表面，所述上层贴片(1)与第二层贴片(8)分别位于上层高频基板(5)的第一与第二表面，下层贴片(10)与第三层贴片(9)分别位于下层高频基板(4)的第二表面与第一表面。
9.根据权利要求1或2所述的多频贴片天线装置，其特征在于，所述各组馈电点分别围绕所述多频贴片天线装置中心轴线均匀分布。
10.根据权利要求1或2所述的多频贴片天线装置，其特征在于，所述低噪声放大电路进一步包括低噪声放大器和滤波器，所述滤波器位于所述低噪声放大器之前。
11.根据权利要求10所述的多频贴片天线装置，其特征在于，所述低噪声放大电路还包括与所述低噪声放大器相连接、且依次连接的合路网络(39)和多级合路低噪声放大器(40、41)；所述低噪声放大器为多级低噪声放大器。
12.根据权利要求11所述的多频贴片天线装置，其特征在于，所述多级合路低噪声放大器为第一级合路低噪声放大器(40)、第二级合路低噪声放大器(41)。
13.根据权利要求11所述的多频贴片天线装置，其特征在于，所述低噪声放大电路包括第一频段放大电路和第二频段放大电路。
14.根据权利要求13所述的多频贴片天线装置，其特征在于，所述第一频段放大电路包括第一级滤波器(36)、第一频段低噪声放大器(37)和第一频段第二级滤波器(38)；所述第一频段馈电网络输出的信号先后经过所述第一级滤波器(36)、第一频段低噪声放大器(37)和第一频段第二级滤波器(38)，然后到达所述合路网络(39)。
15.根据权利要求13所述的多频贴片天线装置，其特征在于，所述第二频段放大电路包括第二频段第一级滤波器(42)、第二频段低噪声放大器(43)和第二频段第二级滤波器(44)；从所述第二频段馈电网络输出的信号先后经过第二频段第一级滤波器(42)、第二频段低噪声放大器(43)和第二频段第二级滤波器(44)，然后到达所述合路网络(39)。
16.根据权利要求14和15所述的多频贴片天线装置，其特征在于，所述第一频段放大电路来的信号在所述合路网络(39)中与所述第二频段放大电路来的信号合并后，经过所述多级合路低噪声放大器(40、41)放大后再输出。
17.根据权利要求1或2所述的多频贴片天线装置，其特征在于，所述第一频段馈电网络包括微带线(14、15)、电桥A(22)、电桥B(17)和电桥C(12)，所述第一频段馈电探针(2)分别接所述电桥A(22)与电桥B(17)的输入端，从所述电桥A(22)与电桥B(17)输出的信号分别经过相差四分之一波长的微带线(14、15)后到达所述电桥C(12)的两输入端口，然后从所述电桥C(12)的输出端口输出，其中各电桥的匹配端口分别接匹配负载。
18.根据权利要求1或2所述的多频贴片天线装置，其特征在于，所述第二频段馈电网络包括微带线(28、29)、电桥D(30)、电桥E(34)和电桥F(27)，所述第二频段馈电探针(7)分别接所述电桥D(30)与电桥E(34)的输入端，从所述电桥D(30)与电桥E(34)输出的信号分别经过相差四分之一波长的微带线(28、29)后到达所述电桥F(27)的两输入端口，然后从所述电桥F(27)的输出端口输出，其中各电桥的匹配端口分别接匹配负载。
19.根据权利要求1或2所述的多频贴片天线装置，其特征在于，所述PCB板(6)包括底层与顶层两部分，所述底层用来做反射板用，全部缚铜，只留出馈电过孔，所述顶层用来放贴装各类电路。
20.根据权利要求1或2所述的多频贴片天线装置，其特征在于，所述屏蔽罩(11)至少由一个金属腔体组成，其直接与所述PCB板(6)的接地部分连接。
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