CN202474200U

CN202474200U - 用于高精度测量的双频微带贴片天线

Info

Publication number: CN202474200U
Application number: CN 201120250283
Authority: CN
Inventors: 李�瑞; 吴多龙; 吴艳杰
Original assignee: Guangdong University of Technology
Current assignee: Guangdong University of Technology
Priority date: 2011-07-15
Filing date: 2011-07-15
Publication date: 2012-10-03
Anticipated expiration: 2021-07-15

Abstract

本实用新型是一种用于高精度测量的双频微带贴片天线。包括上层天线及下层天线，上层天线包括有顶层金属贴片层、中间介质层、底层金属贴片，顶层金属贴片层及底层金属贴片分别粘贴在中间介质层的顶面及底面，下层天线也包括有顶层金属贴片层、中间介质层、底层金属贴片，顶层金属贴片层及底层金属贴片分别粘贴在中间介质层的顶面及底面，上层天线及下层天线的中心点通过固定销钉进行上、下层天线的定位，并通过连接件固定连接，且上层天线及下层天线上穿设有用于接收L1频段的卫星信号的L1频段信号馈电探针，下层天线上穿设有用于接收L2频段的卫星信号的L2频段信号馈电探针。本实用新型能提高双频段天线相位中心稳定度，降低多路径效应，降低轴比，提高测量精度。

Description

用于高精度测量的双频微带贴片天线

技术领域

本实用新型是一种用于高精度测量的双频微带贴片天线，属于用于高精度测量的双频微带贴片天线的改造技术。

背景技术

目前，常用的卫星定位系统接收机天线为微带贴片天线和螺旋天线。微带贴片天线结构简单，剖面低，工作频带较窄，频率选择性好，较易实现多频工作，天线成本较低，大规模生产时一致性较好。可通过在天线上对角切角或相差90度双馈电等方式实现圆极化性能。但是，微带贴片天线增益较低，须通过组成天线阵列或附加放大器以提高增益，组成微带天线阵列时馈电结构较复杂。螺旋天线增益较高，很方便就可以实现圆极化及双频工作。但是结构复杂，工艺要求较高，天线剖面较高，尺寸较大。相比于微带贴片天线，大规模生产螺旋天线时，较难保证天线相位一致性等性能。通过综合考虑天线性能、工作环境与成本等因素，一般该领域均使用微带贴片天线作为测量型天线的接收天线。

通常GPS天线是利用两馈点相位相差90°来接收圆极化电波。如现代雷达，第30卷，第12期公开了一种用于移动卫星系统的宽波束双频段微带天线，然而，测试表明四馈点的微带天线比双馈点的阻抗带宽和圆极化要好。在越来越追求高精度测量的现代社会，对天线的精确性提出了更高的要求。影响天线精度的主要因素有，其一：多路径效应，解决方法是通过增加扼流圈，来扼制多路径效应。其二：天线的相位中心稳定性。目前大多数天线设计都未提到相位中心问题，解决因相位中心不稳带来的误差有两种途径：一是在硬件方面，研制电气相位中心偏差为零的天线，采用多点均匀馈电设计通过均匀对称馈电来改善相位方向图的轴向对称性。二是对天线电气相位中心偏差进行检校。针对接收机对天线接收信号的要求，采用有源天线的接收方法。将电路设计成有源集成网络，通过调节天线的输出阻抗，满足有源电路的设计要求，完全省略了天线与电路之匹配电路。

现有技术的缺点是：1)在高精度测量应用上，天线的相位中心稳定是关键。现有的GPS微带天线的相位中心稳定度不足以满足高精度测量的要求；2)由于天线的结构造成天线的方向图不完全对称；3)天线的增益不够；4)双层天线加工困难与组装工序繁琐。

导致上述缺点的原因主要如下：1）贴片天线的带宽窄，相位中心不够稳定和多路径效应。2）相位中心稳定度不够高的原因在于，现有微带天线实现圆极化的方法是偏馈或侧馈，这样就造成天线的电气相位中心与几何中心不重叠，而且对于多频段天线而言，不同频段的相位中心也不重叠，这在高精度测量领域无法满足要求；3）对于现有的单馈点或双馈点天线而言，在几何尺寸上不完全对称造成了在天线圆场辐射图上面不会完全对称。因此，在接收到的来自不同方向的GPS信号的接收质量就有所不同，不满足高精度测量型天线的要求；4）有少部分天线虽然也采用对称式多馈点方式，但天线贴片结构多采用方形，造成天线辐射方向图不完全对称，影响抗多路径效果，造成天线接收信号质量下降。

发明内容

本实用新型的目的在于考虑上述问题而提供一种能提高全球卫星定位系统中的GPS和GLONASS双频段天线相位中心稳定度，降低多路径效应，降低轴比，并最大限度的降低加工与组装难度的用于高精度测量的双频微带贴片天线。本实用新型天线的相位中心不会随着天线的移动而发生改变，在宽角度范围内接收圆极化波，消除电离层的干扰，提高测量精度。

本实用新型的技术方案是：本实用新型的用于高精度测量的双频微带贴片天线，包括有上层天线及下层天线，上层天线包括有上层天线的顶层金属贴片层、上层天线的中间介质层、上层天线的底层金属贴片，上层天线的顶层金属贴片层及上层天线的底层金属贴片分别粘贴在上层天线的中间介质层的顶面及底面，下层天线包括有下层天线的顶层金属贴片层、下层天线的中间介质层、下层天线的底层金属贴片，下层天线的顶层金属贴片层及下层天线的底层金属贴片分别粘贴在下层天线的中间介质层的顶面及底面，上层天线及下层天线的中心点通过固定销钉进行上、下层天线的定位，并通过连接件固定连接，且上层天线及下层天线上穿设有用于接收L1频段的卫星信号的L1频段信号馈电探针，下层天线上穿设有用于接收L2频段的卫星信号的L2频段信号馈电探针。

上述连接件为螺栓。

上述上层天线的顶层金属贴片层、上层天线的中间介质层、上层天线的底层金属贴片及下层天线的顶层金属贴片层、下层天线的中间介质层、下层天线的底层金属贴片均采用截面形状为圆形的结构。

上述连接件设置有至少2个，均布在上层天线及下层天线的圆周方向上。

上述L1频段信号馈电探针设有四个馈电点，L2频段信号馈电探针设有四个馈电点，共八个馈电点。

上述八个馈电点按照顺时针方向进行馈电。

上述八个馈电点中相邻的两个馈点的电角度之间相差90度。

上述L1频段的卫星信号及L2频段的卫星信号分别为GPS及GLONASS。

本实用新型能够同时接收GPS+GLONASS的两个频段的信号，利用八个馈点馈电，为实现相位中心的稳定度，在天线的中心处加一固定销钉对上、下贴片的几何中心进行固定。另外，本实用新型通过HFSS仿真技术，通过调节上、下圆形贴片的尺寸以及圆形贴片上面的微带短截线的尺寸来控制谐振频率与轴比，以满足在高精度测量应用的要求；此外，本实用新型通过完全对称的微带天线结构，以及天线中心的固定，保证了天线的方向图在空间上的完美对称，并通过天线仿真技术与实测结果的对比进行反复验证；为了设计出便于加工与装配的双层天线结构，上、下两层贴片不采用焊接工艺，而是直接通过螺栓进行连接；同时，利用电磁仿真技术，不需要外加用于匹配的50欧姆同轴电缆材料，就满足了天线与接收电路的匹配要求，实现了双层天线的结构最简化。本实用新型是一种设计巧妙，性能优良，方便实用的用于高精度测量的双频微带贴片天线。

附图说明

图1为本实用新型的高精度测量天线截面图；；

图2为本实用新型高精度测量天线中上层天线的顶层俯视图；

图3为本实用新型高精度测量天线中上层天线的底层俯视图；

图4为本实用新型的高精度测量天线中下层天线的顶层俯视图；

图5为本实用新型的高精度测量天线中下层天线的底层俯视图。

具体实施方式

实施例：

本实用新型的结构示意图如图1所示，本实用新型的用于高精度测量的双频微带贴片天线，包括有上层天线及下层天线，上层天线包括有上层天线的顶层金属贴片层4、上层天线的中间介质层5、上层天线的底层金属贴片6，上层天线的顶层金属贴片层4及上层天线的底层金属贴片6分别粘贴在上层天线的中间介质层5的顶面及底面，下层天线包括有下层天线的顶层金属贴片层7、下层天线的中间介质层8、下层天线的底层金属贴片9，下层天线的顶层金属贴片层7及下层天线的底层金属贴片9分别粘贴在下层天线的中间介质层8的顶面及底面，上层天线及下层天线的中心点通过固定销钉1进行上、下层天线的定位，并通过连接件10固定连接，且上层天线及下层天线上穿设有用于接收L1频段的卫星信号的L1频段信号馈电探针2，下层天线上穿设有用于接收L2频段的卫星信号的L2频段信号馈电探针3。上述L1频段的卫星信号及L2频段的卫星信号分别为GPS及GLONASS。

本实用新型的上、下两层天线不采用焊接工艺，而是直接通过螺栓进行连接；同时，利用电磁仿真技术，不需要外加用于匹配的50欧姆同轴电缆材料，就满足了天线与接收电路的匹配要求，实现了双层天线的结构最简化。

上述连接件9为螺栓，螺栓穿过上、下两层天线所设的过孔固定连接。

本实施例中，为了满足L1和L2的不同谐振频率，上述上层天线的顶层金属贴片层4、上层天线的中间介质层5、上层天线的底层金属贴片6及下层天线的顶层金属贴片层7、下层天线的中间介质层8、下层天线的底层金属贴片9均采用截面形状为圆形的结构，最大程度的降低由天线的不对称性造成的辐射方向不对称，同时降低GPS/GLONASS信号的多路径相应，提高信号质量。

上述L1频段信号馈电探针2设有四个馈电点，L2频段信号馈电探针3设有四个馈电点，共八个馈电点。上述八个馈电点按照顺时针方向进行馈电。上述八个馈电点中相邻的两个馈点的电角度（相位差）之间相差90度。

本实用新型为实现相位中心的稳定度，在天线的中心处通过固定销钉1对上、下两层天线的几何中心进行固定。并且通过HFSS仿真技术，通过调节上、下两层天线的尺寸以及圆形贴片上面的微带短截线的尺寸来控制谐振频率与轴比，以满足在高精度测量应用的要求。另外，本实用新型通过完全对称的微带天线结构，以及天线中心通过固定销钉1的固定，保证了天线的方向图在空间上的完美对称，并通过天线仿真技术与实测结果的对比进行反复验证。

Claims

1.一种用于高精度测量的双频微带贴片天线，其特征在于包括有上层天线及下层天线，上层天线包括有上层天线的顶层金属贴片层（4）、上层天线的中间介质层（5）、上层天线的底层金属贴片（6），上层天线的顶层金属贴片层（4）及上层天线的底层金属贴片（6）分别粘贴在上层天线的中间介质层（5）的顶面及底面，下层天线包括有下层天线的顶层金属贴片层（7）、下层天线的中间介质层（8）、下层天线的底层金属贴片（9），下层天线的顶层金属贴片层（7）及下层天线的底层金属贴片（9）分别粘贴在下层天线的中间介质层（8）的顶面及底面，上层天线及下层天线的中心点通过固定销钉（1）进行上、下层天线的定位，并通过连接件（10）固定连接，且上层天线及下层天线上穿设有用于接收L1频段的卫星信号的L1频段信号馈电探针（2），下层天线上穿设有用于接收L2频段的卫星信号的L2频段信号馈电探针（3）。

2.根据权利要求1所述的用于高精度测量的双频微带贴片天线，其特征在于上述连接件（10）为螺栓。

3.根据权利要求1所述的用于高精度测量的双频微带贴片天线，其特征在于上述上层天线的顶层金属贴片层（4）、上层天线的中间介质层（5）、上层天线的底层金属贴片（6）及下层天线的顶层金属贴片层（7）、下层天线的中间介质层（8）、下层天线的底层金属贴片（9）均采用截面形状为圆形的结构。

4.根据权利要求1所述的用于高精度测量的双频微带贴片天线，其特征在于上述连接件（10）设置有至少2个，均布在上层天线及下层天线的圆周方向上。

5.根据权利要求1至4任一项所述的用于高精度测量的双频微带贴片天线，其特征在于上述L1频段信号馈电探针（2）设有四个馈电点，L2频段信号馈电探针（3）设有四个馈电点，共八个馈电点。

6.根据权利要求5所述的用于高精度测量的双频微带贴片天线，其特征在于上述八个馈电点中相邻的两个馈点的电角度之间相差90度。