CN202930564U - 一种多频卫星导航天线 - Google Patents

Abstract

一种多频卫星导航天线，包括金属底板，在所述金属底板上由下至上依次按同对称中心叠设有片状的下层微带天线、中层微带天线和上层微带天线；所述下层微带天线、中层微带天线和上层微带天线分别工作于不同的工作频带。本实用新型能同时接收多个频段的导航卫星广播信号，并且具有结构小巧牢固，可靠性高的特性。本实用新型在各个工作频段上都具有良好驻波比、圆极化轴比和低仰角增益性能。

Description

一种多频卫星导航天线

技术领域

本实用新型涉及一种多频卫星导航天线。

背景技术

在卫星导航定位应用中，为了提高单点定位精度，越来越多的导航设备采用了多系统组合导航定位技术，这是因为在单点定位解算过程中，能利用的导航卫星数量越多也即能利用的导航频率越多，所得到的解算信息量就越多，则解算精度越高，这就要求导航天线能接收同一卫星导航系统的多个频率的广播信号,或者更进一步能同时接收多个卫星导航系统的多个频率的卫星广播信号。

另外，由于导航天线使用环境的限制，通常要求天线具有小型化和高可靠性性能以满足各种安装、使用环境的特殊要求，例如安装于车辆、飞行器、手持导航设备的需要，这就要求导航天线在满足电气性能指标的同时还要满足结构小巧牢靠、耐高低温及高强度温度冲击、振动等可靠性要求。

目前普遍使用的卫星导航天线一般是单频工作，为了实现多频工作常采用的技术途径是多天线组合法，即将多个单频天线组合在一起，在空间布局上采用同一平面内的水平布局，这种方法不仅增加了天线尺寸而且在电气性能上不能保证天线的低仰角增益性能，还会造成天线辐射方向产生偏斜，各天线间的电磁互藕增大从而降低了天线的性能，在实际使用中往往出现接收卫星信号不好的现象，甚至造成终端设备无法正常工作；并且单频工作的天线为了减少体积多由陶瓷材料制造，而陶瓷材料固有的脆性在冲击振动要求高的使用场合，使天线的可靠性大大降低。

实用新型内容

本实用新型目的在于提供一种多频卫星导航天线，能同时接收多个频段的导航卫星的广播信号，并且具有结构小巧牢固，可靠性高的特性。

为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：一种多频卫星导航天线，包括金属底板，在所述金属底板上由下至上依次按同对称中心叠设有片状的下层微带天线、中层微带天线和上层微带天线；所述下层微带天线、中层微带天线和上层微带天线分别工作于不同的工作频带。

所述金属底板上连接设有将所述下层微带天线、中层微带天线和上层微带天线包围起来、且与所述下层微带天线、中层微带天线和上层微带天线同对称中心的金属围边。

所述下层微带天线、中层微带天线和上层微带天线的面积逐渐减小。

所述下层微带天线由下至上依次包括下层金属反射层、下层介质、下层辐射贴片；

所述中层微带天线由下至上依次包括中层金属反射层、中层介质、中层辐射贴片；

所述上层微带天线由下至上依次包括上层金属反射层、上层介质、上层辐射贴片；

所述下层微带天线上设有中层微带天线馈电孔和第一上层微带天线馈电孔，所述中层微带天线馈电孔和第一上层微带天线馈电孔均为金属化孔；

所述中层微带天线中部设有与所述中层微带天线馈电孔配合的中层馈电针；所述中层微带天线中部设有与所述第一上层微带天线馈电孔同轴心对齐且同直径的第二上层微带天线馈电孔，所述第二上层微带天线馈电孔为金属化孔；

所述上层微带天线中部设有与所述第一上层微带天线馈电孔和第二上层微带天线馈电孔配合的上层馈电针。

所述下层微带天线中部设有排列成圆形且贯穿所述下层介质的一圈金属化孔；所述中层微带天线馈电孔和第一上层微带天线馈电孔设置在所述一圈金属化孔分布的圆形区域以内，所述下层微带天线在所述一圈金属化孔分布的圆形区域以外的位置处设有两个下层馈电针，并且所述两个下层馈电针位置与下层微带天线中心点连线的夹角为90度。

所述一圈金属化孔的孔径范围在0.5毫米至1.5毫米之间；下层介质厚度为3～12毫米。

所述一圈金属化孔分布的圆形的圆周直径为15毫米，孔径为1毫米；下层馈电针直径为1毫米；下层介质采用介电常数为2.55的聚四氟乙烯玻璃布材料，下层介质厚度为6毫米。

所述中层介质厚度为2～10毫米，采用介电常数范围在2.5～16之间的微波复合材料；

所述上层介质厚度为2～10毫米，采用介电常数范围在2.5～16之间的微波复合材料。

中层介质厚度为3.2毫米，采用介电常数为9.8的微波复合材料；

所述上层介质厚度为2.54毫米，采用介电常数为9.8的微波复合材料；

所述金属围边的边长为90毫米，高度为12毫米。

所述下层微带天线用螺钉穿过位于下层介质四角的四个安装孔和金属底板连接，所述中层微带天线的中层金属反射层和所述下层微带天线的下层辐射贴片通过锡焊焊接，所述上层微带天线的上层金属反射层和中层微带天线的中层辐射贴片通过锡焊焊接；或者，

所述下层微带天线、中层微带天线、上层微带天线通过位于四个角的四个螺钉孔与所述金属底板用螺钉固定连接。

本实用新型能同时接收多个频段的导航卫星的广播信号，并且具有结构小巧牢固，可靠性高的特性。本实用新型在各个工作频段上都具有良好驻波比、圆极化轴比和低仰角增益性能。

本实用新型采用居中对称多层上下叠放的结构形式不仅在平面结构上节省了空间尺寸，这种布局方案的优点是不仅减少了天线的面积使其更容易地安装于各种小型设备上，而且保证天线方向图最大值位于天线中心轴线方向上又具有较佳的低仰角增益性能，同时这种结构形式还保证了各层天线间的互藕为最小，保证了天线具有较佳的增益、圆极化轴比性能。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明，附图中：

图1为本实用新型的组装结构示意图；

图2为本实用新型的下层微带天线的主视示意图；

图3为本实用新型的下层微带天线的截面示意图；

图4为本实用新型的中层微带天线的主视示意图；

图5为本实用新型的中层微带天线的截面示意图；

图6为本实用新型的上层微带天线的主视示意图；

图7为本实用新型的上层微带天线的截面示意图；

图8为本实用新型另一种组装实施例的结构示意图。

具体实施方式

实施例1：如图1-7所示，一种多频卫星导航天线，包括金属底板1，金属底板1上由下至上依次按同对称中心叠设有片状的下层微带天线2、中层微带天线3和上层微带天线4；下层微带天线2、中层微带天线3和上层微带天线4分别工作于不同的工作频带。

金属底板1上连接设有将下层微带天线2、中层微带天线3和上层微带天线4包围起来且同对称中心的金属围边5。

下层微带天线2、中层微带天线3和上层微带天线4的面积逐渐变小。

下层微带天线2由下至上依次包括下层金属反射层10、下层介质6、下层辐射贴片7，下层微带天线2中部设有排列成圆形且贯穿下层介质的一圈金属化孔11，其作用是电气上隔离穿越下层微带天线2给上、中层微带天线馈电的馈电针，达到降低下层微带天线与中、上层微带天线间的电磁耦合的效果。一圈金属化孔11分布的圆形区域以内的下层微带天线2上设有中层微带天线馈电孔12和第一上层微带天线馈电孔13，本实施例中，中层微带天线馈电孔12和第一上层微带天线馈电孔13均为金属化孔（金属化孔是指孔壁上镀金属使其和辐射贴片、金属反射层形成导电连接）；一圈金属化孔11分布的圆形区域以外的下层微带天线2上设有两个下层馈电针8，下层馈电针8设置在下层馈电孔9内，两个下层馈电针8位置与下层微带天线2中心点连线的夹角为90度，设置正交的两个下层馈电针8的目的是为了获得良好的宽带圆极化轴比性能，馈电孔可以金属化也可以不金属化，下层馈电针8的上端和下层辐射贴片7锡焊焊牢。一圈金属化孔11的孔径范围在0.5毫米至1.5毫米之间；下层介质6厚度为3～12毫米。本实施例中，一圈金属化孔11分布的圆形的圆周直径为15毫米，孔径为1毫米；下层馈电针8直径为1毫米；下层介质6采用介电常数为2.55的聚四氟乙烯玻璃布材料，这是一种在射频领域广泛使用的高频线路板材料，性能稳定可靠，结构强度高，介质厚度的选取视天线的工作频带决定，一般来说厚度越厚工作频带越宽。下层介质6厚度为6毫米。以使其工作频带能覆盖GPS、格洛纳斯和北斗二代B1三个工作频段。

中层微带天线3由下至上依次包括中层金属反射层20、中层介质16、中层辐射贴片15，中层微带天线3中部设有与下层微带天线2的中层微带天线馈电孔12配合的中层馈电针17，中层馈电针17设置在中层馈电孔18内；中层微带天线3中部设有与下层微带天线2的第一上层微带天线馈电孔13同轴心对齐且同直径的第二上层微带天线馈电孔19，第二上层微带天线馈电孔19为金属化孔。中层介质16厚度为2～10毫米，采用介电常数范围在2.5～16之间的中高介电常数的微波复合材料，对于天线整体高度要求不高的情况可选用稍低介电常数的材料以利于扩展工作频带。本实施例中，中层介质16厚度为3.2毫米，采用介电常数为9.8的微波复合材料。以使天线工作于北斗二代B3频段。

上层微带天线4由下至上依次包括上层金属反射层25、上层介质21、上层辐射贴片24，上层微带天线4中部设有与第一上层微带天线馈电孔13和第二上层微带天线馈电孔19配合的上层馈电针23，上层馈电针23设置在上层馈电孔22内。上层介质21厚度为2～10毫米，采用介电常数范围在2.5～16之间的微波复合材料。本实施例中，上层介质21厚度为2.54毫米，采用介电常数为9.8的微波复合材料。以使天线工作于北斗一代接收频段。

中层微带天线3的中层馈电针17、上层微带天线4的上层馈电针23，分别穿过中层微带天线馈电孔12、第一上层微带天线馈电孔13，并分别与之形成一段同轴传输线，孔直径的选择使其和馈电针组成的这一段同轴线的阻抗为50欧姆，实施例中馈电针的直径选取1毫米，金属化馈电孔直径选取2.3毫米。

金属围边5将三层微带天线包围起来，调整围边的边长和高度，可以改善天线方向图性能，使其最大值位于天线轴线上并改善方向图的轴对称性。本实施例中，金属围边5的边长为90毫米，高度为12毫米。

本实施例中，下层微带天线2用螺钉穿过位于下层介质6四角的四个安装孔14和金属底板5连接，中层微带天线3的中层金属反射层20和下层微带天线2的下层辐射贴片7通过锡焊焊接，上层微带天线4的上层金属反射层25和中层微带天线3的中层辐射贴片15通过锡焊焊接。

实施例2：如图8所示，与实施例1不同之处在于：下层微带天线2、中层微带天线3、上层微带天线4通过位于四个角的四个螺钉孔26与金属底板用螺钉固定连接。

Claims (10)

1.一种多频卫星导航天线，其特征在于：包括金属底板，在所述金属底板上由下至上依次按同对称中心叠设有片状的下层微带天线、中层微带天线和上层微带天线；所述下层微带天线、中层微带天线和上层微带天线分别工作于不同的工作频带。

2.根据权利要求1所述的多频卫星导航天线，其特征在于：所述金属底板上连接设有将所述下层微带天线、中层微带天线和上层微带天线包围起来、且与所述下层微带天线、中层微带天线和上层微带天线同对称中心的金属围边。

3.根据权利要求2所述的多频卫星导航天线，其特征在于：所述下层微带天线、中层微带天线和上层微带天线的面积逐渐减小。

4.根据权利要求1所述的多频卫星导航天线，其特征在于：所述下层微带天线由下至上依次包括下层金属反射层、下层介质、下层辐射贴片；

所述中层微带天线由下至上依次包括中层金属反射层、中层介质、中层辐射贴片；

所述上层微带天线由下至上依次包括上层金属反射层、上层介质、上层辐射贴片；

所述下层微带天线上设有中层微带天线馈电孔和第一上层微带天线馈电孔，所述中层微带天线馈电孔和第一上层微带天线馈电孔均为金属化孔；

所述中层微带天线中部设有与所述中层微带天线馈电孔配合的中层馈电针；所述中层微带天线中部设有与所述第一上层微带天线馈电孔同轴心对齐且同直径的第二上层微带天线馈电孔，所述第二上层微带天线馈电孔为金属化孔；

所述上层微带天线中部设有与所述第一上层微带天线馈电孔和第二上层微带天线馈电孔配合的上层馈电针。

5.根据权利要求4所述的多频卫星导航天线，其特征在于：所述下层微带天线中部设有排列成圆形且贯穿所述下层介质的一圈金属化孔；所述中层微带天线馈电孔和第一上层微带天线馈电孔设置在所述一圈金属化孔分布的圆形区域以内，所述下层微带天线在所述一圈金属化孔分布的圆形区域以外的位置处设有两个下层馈电针，并且所述两个下层馈电针位置与下层微带天线中心点连线的夹角为90度。

6.根据权利要求5所述的多频卫星导航天线，其特征在于：所述一圈金属化孔的孔径范围在0.5毫米至1.5毫米之间；下层介质厚度为3～12毫米。

7.根据权利要求6所述的多频卫星导航天线，其特征在于：所述一圈金属化孔分布的圆形的圆周直径为15毫米，孔径为1毫米；下层馈电针直径为1毫米；下层介质采用介电常数为2.55的聚四氟乙烯玻璃布材料，下层介质厚度为6毫米。

8.根据权利要求7所述的多频卫星导航天线，其特征在于：所述中层介质厚度为2～10毫米，采用介电常数范围在2.5～16之间的微波复合材料；

    所述上层介质厚度为2～10毫米，采用介电常数范围在2.5～16之间的微波复合材料。

9.根据权利要求8所述的多频卫星导航天线，其特征在于：中层介质厚度为3.2毫米，采用介电常数为9.8的微波复合材料；

所述上层介质厚度为2.54毫米，采用介电常数为9.8的微波复合材料； 

所述金属围边的边长为90毫米，高度为12毫米。

10.根据权利要求4-9任一项所述的多频卫星导航天线，其特征在于：所述下层微带天线用螺钉穿过位于下层介质四角的四个安装孔和金属底板连接，所述中层微带天线的中层金属反射层和所述下层微带天线的下层辐射贴片通过锡焊焊接，所述上层微带天线的上层金属反射层和中层微带天线的中层辐射贴片通过锡焊焊接；或者，

    所述下层微带天线、中层微带天线、上层微带天线通过位于四个角的四个螺钉孔与所述金属底板用螺钉固定连接。

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