CN202487760U

CN202487760U - 基于正交同轴馈电小型化多模导航型圆极化天线

Info

Publication number: CN202487760U
Application number: CN2011205705335U
Authority: CN
Inventors: 方明; 朱慧光; 许赛卿; 顾家军; 江志华; 黄伟
Original assignee: JIAXING JIALI ELECTRONIC CO Ltd
Priority date: 2011-12-31
Filing date: 2011-12-31
Publication date: 2012-10-10
Anticipated expiration: 2021-12-31

Abstract

本实用新型涉及一种多模卫星导航定位天线。基于正交同轴馈电小型化多模导航型圆极化天线，包括上层微带陶瓷天线结构、下层介质基板和底层小尺寸3dB功分器。通过两同轴金属探针分别将微带天线结构与底层功分器连接，该天线采用微带方形高介电常数陶瓷天线上两个等幅同轴馈电的线性信号通过3dB功分器使两路信号相位差90°再合路叠加形成圆极化宽带天线。该天线具有小型化，阻抗带宽、轴比、增益宽带化，结构紧凑，便于加工。

Description

基于正交同轴馈电小型化多模导航型圆极化天线

技术领域

本实用新型涉及到一种多模卫星导航定位天线。

背景技术

当前随着各个导航系统的发展，多模多系统并存的步伐会进一步加快，单一的GPS系统时代正在转变为多星座并兼容的全球导航卫星系统时代，在不久的将来可以预见覆盖全球的卫星导航系统会包括中国的北斗、美国的GPS、俄罗斯的GLONASS、欧盟的GALILEO系统，而各系统的工作频段不一样，开发同时兼容上述的系统卫星导航天线，实现多模兼容的关键所在，是卫星导航发展的必然趋势。

现阶段卫星导航天线基本都采用单馈电设计的微带天线，其特点频率带宽较窄，波束宽度不够，不满足现阶段多模导航兼容系统的需求；本文所采用正交同轴馈电的不仅能拓展天线带宽，而且使天线具有较宽的轴比和增益带宽，保证天线满足宽带圆极化特性；其关键所在元件采用了3dB功分器，其工作频率在1.2GHz～1.7GHz，两个信号输入端口相位差90度，隔离度小于-20dB，为天线达到宽带圆极化提供保障，同时使两路线性信号合路时不相互干扰。

天线小型化是当前多模导航型兼容天线的技术难点，按当前卫星导航系统性能不断完善及对天线的需求，天线小型化是必然的趋势，而且小型化的天线具有较宽的波束，同时卫星导航系统要求天线具有一定宽的波束。采用高介电常数陶瓷材料进行设计，减小天线波长的同时，使整体天线尺寸达到小型化的目的。

发明内容

为了克服现有技术的缺点，本实用新型的目的是提供一种基于正交同轴馈电小型化多模导航型圆极化天线，该天线能够满足兼容多个卫星导航定位系统，是一种新型宽带圆极化天线，能够实现良好的天线阻抗、轴比及增益带宽和小型化等性能。

为了实现上述的目的，本实用新型采用了以下的技术方案：

基于正交同轴馈电小型化多模导航型圆极化天线，该天线包括上层微带陶瓷天线、下层介质基板、底层小尺寸3dB功分器和贴片电阻；上层微带陶瓷天线由高介电常数，低损耗的陶瓷材料压制成型的方形天线，其上表面为方形金属贴片并设有两个同轴馈电孔及穿过馈电孔的同轴馈电针，两个同轴馈电针上端与方形金属贴片相连接；上层微带陶瓷天线和3 dB功分器分别附着下层介质基板的上、下表面；下层介质基板也设有两个同轴馈电孔，上表面设有金属贴片用于附着上层微带陶瓷天线，下表面设有金属焊盘，所述的3 dB功分器和贴片电阻焊接在金属焊盘上，贴片电阻的阻抗等于特征阻抗Z_0，3 dB功分器为四个端口LTCC小陶瓷体，四个端口输入阻抗都等于特征阻抗Z₀；PORT1端口和PORT2端口为天线信号输入端，并且PORT1端口和PORT2端口相位相差90度，两个同轴馈电针穿过圆形过孔，下端分别PORT1端口和PORT2端口相连接，PORT3端口为天线信号隔离端，PORT4端口为天线信号输出端。

作为进一步的改进，上述的金属焊盘包括两条微带信号输入线和用来固定dB功分器和贴片电阻的5个金属小焊盘，第一至第四金属小焊盘分别连接PORT1端口、PORT2端口、PORT3端口和PORT4端口，所述的贴片电阻设置在第五金属小焊盘与第三金属小焊盘之间；第一金属小焊盘和第二金属小焊盘分别连接两条微带信号输入线，两条微带信号输入线的另一端分别与所述的同轴馈电针相连接。

作为进一步的改进，上述的上层微带陶瓷天线为高介电常数的陶瓷微带天线，下层介质基板为高频线路板。

本实用新型利用正交同轴馈电方形圆极化天线，实现了良好的圆极化特性，采用正交同轴馈电，有效的拓展了天线的阻抗、轴比、增益带宽；天线的阻抗带宽、轴比带宽及增益带宽都覆盖了北斗COMPASS B1、GPS L1及GLONASS L1 三个全球卫星导航系统三个频段。另外本实用新型采用微带陶瓷天线与可焊式3dB功分器有效减小陶瓷天线的厚度，使其结构紧凑，便于加工生产；采用了高介电常数的陶瓷基板，有效减小了天线的体积，拓展波束宽度；采用低损耗的高介电常数的陶瓷材料，有效的改善天线辐射效率，提高了天线增益。

附图说明

图1为基于正交同轴馈电小型化多模导航型圆极化天线示意图。

图2为陶瓷微带天线层结构示意图。

图3为介质基板下表面结构示意图。

图4为3dB功分器结构示意图。

图5 为本实用新型的实测增益图示意图。

图6 为本实用新型的实测轴比图示意图。

图7 为本实用新型的实测驻波比图示意图。

具体实施方法

下面结合附图对本实用新型作详细说明，但本实用新型实施方法不限于此。

如附图1～图4所示的基于正交同轴馈电小型化多模导航型圆极化天线，该天线包括上层微带陶瓷天线6、下层介质基板8、底层小尺寸3dB功分器16和贴片电阻17。如图2所示，上层微带陶瓷天线6由高介电常数，低损耗的陶瓷材料压制成型的方形天线，其上表面为方形金属贴片1并设有两个同轴馈电孔4、5及穿过同轴馈电孔4、5的同轴馈电针2、3，两个同轴馈电针2、3上端分别与上方形金属贴片1相连接。方形金属贴片1边长a和上层陶瓷材料的介电常数E_r决定本实用新型天线的谐振频率f，具体公式f=c/(2*a_eff√E_r),c代表光在真空中的速度；对于同时工作在中国北斗二代B1频段、美国GPS L1频段及俄罗斯GLONASS L1频段，三个导航系统的频率可取1581MHz，通过对有效边长a_eff的确认，根据公式便可求得陶瓷材料所需的相对介电常数。

如图1所示，上层微带陶瓷天线6和3 dB功分器16分别附着下层介质基板8的上、下表面；下层介质基板8也设有两个同轴馈电孔4、5，上表面设有金属贴片7用于附着上层微带陶瓷天线6，下表面设有金属焊盘。如图4所示，所述的3 dB功分器16和贴片电阻17焊接在金属焊盘上，贴片电阻17的阻抗等于特征阻抗Z_0，3 dB功分器16为四个端口LTCC小陶瓷体，四个端口输入阻抗都等于特征阻抗Z₀；PORT1端口和PORT2端口为天线信号输入端，并且PORT1端口和PORT2端口相位相差90度，下端分别PORT1端口和PORT2端口相连接，PORT3端口为天线信号隔离端，PORT4端口为天线信号输出端。如如图3所示，金属焊盘包括两条微带信号输入线9、10和用来固定dB功分器16和贴片电阻17的5个金属小焊盘，第一至第四金属小焊盘11、12、13、14分别连接PORT1端口、PORT2端口、PORT3端口和PORT4端口，所述的贴片电阻17设置在第五金属小焊盘15与第三金属小焊盘13之间；第一金属小焊盘11和第二金属小焊盘12分别连接两条微带信号输入线9、10，两条微带信号输入线9、10的另一端分别与所述的同轴馈电针2、3相连接。

上述的上层微带陶瓷天线6采用高介电常数、下层介质基板8为0.6mm的高频线路板及1.5mm的3dB功分器16构成的实用新型多模导航型天线有效减小了天线的体积。

应用实用新型基于正交同轴馈电小型化多模导航型圆极化天线的效果如图5，图6，图7，从图5可知上述频段内的增益Gain大于3.0dBi，从图6可知，上述频段内的轴比 AR 小于2.0dB，从图7可知，在北斗B1、GPS L1、GLONASS L1，所在1.55GHz～1.62GHz频段内，其驻波比VSWR小于1.5 ,这说明天线的增益带宽、轴比带宽、阻抗带宽覆盖了北斗B1、GPS L1和GLONASS L1 三个频段，使得天线在上述工作频段内有良好的性能。

Claims

1.基于正交同轴馈电小型化多模导航型圆极化天线，其特征在于：该天线包括上层微带陶瓷天线（6）、下层介质基板（8）、底层小尺寸3dB功分器（16）和贴片电阻（17）；上层微带陶瓷天线（6）由高介电常数，低损耗的陶瓷材料压制成型的方形天线，其上表面为方形金属贴片（1）并设有两个同轴馈电孔（4、5）及穿过同轴馈电孔（4、5）的同轴馈电针（2、3），两个同轴馈电针（2、3）上端与方形金属贴片（1）相连接；上层微带陶瓷天线（6）和3 dB功分器（16）分别附着下层介质基板（8）的上、下表面；下层介质基板（8）也设有两个同轴馈电孔（4、5），上表面设有金属贴片（7）用于附着上层微带陶瓷天线（6），下表面设有金属焊盘，所述的3 dB功分器（16）和贴片电阻（17）焊接在金属焊盘上，贴片电阻（17）的阻抗等于特征阻抗Z_0，3 dB功分器（16）为四个端口LTCC小陶瓷体，四个端口输入阻抗都等于特征阻抗Z₀；PORT1端口和PORT2端口为天线信号输入端，并且PORT1端口和PORT2端口相位相差90度，两个同轴馈电针（2、3）穿过圆形过孔，下端分别PORT1端口和PORT2端口相连接，PORT3端口为天线信号隔离端，PORT4端口为天线信号输出端。

2.根据权利要求1所述的基于正交同轴馈电小型化多模导航型圆极化天线，其特征在于：金属焊盘包括两条微带信号输入线（9、10）和用来固定dB功分器（16）和贴片电阻（17）的5个金属小焊盘，第一至第四金属小焊盘（11、12、13、14）分别连接PORT1端口、PORT2端口、PORT3端口和PORT4端口，所述的贴片电阻（17）设置在第五金属小焊盘（15）与第三金属小焊盘（13）之间；第一金属小焊盘（11）和第二金属小焊盘（12）分别连接两条微带信号输入线（9、10），两条微带信号输入线（9、10）的另一端分别与所述的同轴馈电针（2、3）相连接。

3.根据权利要求1或2所述的基于正交同轴馈电小型化多模导航型圆极化天线，其特征在于：上层微带陶瓷天线（6）为高介电常数的陶瓷微带天线，下层介质基板（8）为高频线路板。