CN203733942U - 一种用于北斗导航定位系统的双频双极化天线 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种用于北斗导航定位系统的双频双极化天线，其包括一上介质板与下介质板，所述上介质板上表面贴附有一上金属辐射贴片，所述下介质板上表面贴附有一下金属辐射贴片，所述下介质板下表面贴附有金属地；其还包括一第一馈电探针与第二馈电探针，所述第一馈电探针穿过所述上介质板、下介质板、下金属辐射贴片以及金属地，所述第一馈电探针上端与所述上金属辐射贴片焊接；所述第二馈电探针穿过所述下介质板与金属地，所述第二馈电探针上端与所述下金属辐射贴片焊接。本实用新型具有材料便宜，成本低，结构简单易于加工，并且性高的优势，可广泛应用与北斗导航定位系统的终端移动设备。

Description

一种用于北斗导航定位系统的双频双极化天线

技术领域

本实用新型涉及天线技术领域，具体说是用于北斗导航定位系统的双频双极化北斗一代收发天线，适用于北斗导航定位系统的移动终端设备。

背景技术

北斗卫星导航系统是中国自行研制的全球卫星定位与通信系统（BDS），是继美全球定位系统（GPS）和俄GLONASS之后第三个成熟的卫星导航系统。现在，北斗发展了北斗一代卫星通讯导航系统和北斗二代全球卫星导航系统。现在的北斗系统已经具备在中国及其周边地区范围内的定位、授时、报文和GPS广域差分功能，并已在测绘、电信、水利、交通运输、渔业、勘探、森林防火和国家安全等诸多领域发挥着重要的作用。

我国拥有广阔的领土和海域，高度重视卫星导航系统的建设，拥有世界上最大潜力的卫星定位导航应用市场，对于未来的移动终端市场，具有内置或外置导航的移动终端通信设备将有很大的发展潜力。但是目前来说，市场上的一些用于北斗导航定位系统的北斗天线面临以下一些生产成本和技术问题。

1. 北斗天线的双频双极化和低剖面化

一般现在市场上的北斗天线都是单频单极化的天线，一代北斗卫星导航系统工作于上行L频段（左旋圆极化），下行S频段（右旋圆极化）。所示实现北斗天线的双频双极化在实际应用当中是很有意义的。一般市场上的北斗天线的介质板材料多用高介电常数的陶瓷材料，导致介质板的厚度很大，一般为4mm以上，这样导致北斗天线的剖面较高，不易于实现小型化。

2. 增加北斗天线的带宽

在已有各种形式的小型化北斗天线中，由于其使用材料的介电常数较高，天线的圆极化特性和阻抗带宽很窄，所以覆盖的频段有限，因此，如何增加北斗天线在工作频段的圆极化带宽特性和阻抗带宽在北斗天线的设计中应该给予高度的重视。

3. 降低北斗天线的加工成本和加工难度

4. 目前已有的北斗天线的介质板多用陶瓷材料，导致北斗天线的加工成本增加，导致了量产方面的成本较高，因此，降低北斗天线的加工成本，提高北斗天线的工作性能是急需解决的关键问题。

实用新型内容

为了解决上述问题，本实用新型提供的一种用于北斗导航定位系统的双频双极化天线，其包括一上介质板与下介质板，所述上介质板上表面贴附有一上金属辐射贴片，所述下介质板上表面贴附有一下金属辐射贴片，所述下介质板下表面贴附有金属地；

其还包括一第一馈电探针与第二馈电探针，所述第一馈电探针穿过所述上介质板、下介质板、下金属辐射贴片以及金属地，所述第一馈电探针上端与所述上金属辐射贴片焊接；所述第二馈电探针穿过所述下介质板与金属地，所述第二馈电探针上端与所述下金属辐射贴片焊接。

较佳地，所述第一馈电探针与第二馈电探针的下端分别用于连接一同轴射频插座的内导体。

较佳地，所述介质板的种类包括FR4介质板、陶瓷介质板。

较佳地， 所述上介质板与下介质板之间设有缝隙。

较佳地， 所述上金属辐射贴片为圆形，所述上金属辐射贴片上设有两条第一缝隙与两条第二缝隙。

较佳地，所述第一缝隙与第二缝隙的宽度相同，所述两第一缝隙分别位于所述上金属辐射贴片的一直径的两端，所述两第二缝隙分别位于与所述直径垂直的另一直径的两端。

较佳地，所述第一馈电探针与所述上金属辐射贴片的焊接点与其圆心具有一定距离。

较佳地，所述下金属辐射贴片为圆形，所述下金属辐射贴片上设有一圆形槽。

较佳地，所述圆形槽的圆心位于Y轴，所述圆形槽的圆心与所述下金属辐射贴片的圆心具有一定的距离。

较佳地，所述第二馈电探针与所述下金属辐射贴片的焊接点与所述下金属辐射贴片的圆心具有一定的距离。

本实用新型具有以下有益效果：

北斗接收天线处于上层，通过在圆形金属贴片上开缝来实现天线尺寸的小型化，通过正交的两个缝隙的长度差实现简并分离，再通过调整缝隙长度差值的尺寸并同时移动馈电点的位置使达到新的匹配点，可以得到右旋圆极化的辐射；

北斗发射天线处于下层，通过在圆形金属贴片上挖一个圆形槽形成微扰，实现了比较良好的左旋圆极化特性,同时挖的圆形槽刚好可以使用于上层天线馈电的探针通过而不影响下层天线的性能；

北斗天线的两层介质板，都采用FR4介质板，同时上下两层介质基板的面积相等，这样的结构一体化设计可以便于加工及产业化应用，同时在介质材料的选择方面可以大大降低成本；

上层的北斗接收天线和下层的北斗发射天线共用金属地板，有效的降低了天线的剖面，使结构更加紧凑，便于加工。

当然，实施本实用新型的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

附图说明

图1是本实用新型专利的整体结构侧视结构图;

图2a是本实用新型专利的上层接收天线的俯视结构图;

图2b是本实用新型专利的下层发射天线的俯视结构图;

图2c是本实用新型专利的底层金属地板的俯视结构图;

图3是本实用新型专利的接收天线的S11测试结果;

图4是本实用新型专利的发射天线的S11测试结果;

图5是本实用新型专利的接收天线的轴比测试结果;

图6是本实用新型专利的发射天线的轴比测试结果;

图7是本实用新型专利的接收天线的圆极化增益测试结果;

图8是本实用新型专利的发射天线的圆极化增益测试结果;

图9是本实用新型专利的接收天线与发射天线隔离度的测试结果。

具体实施方式

本实用新型提供了一种用于北斗导航定位系统的双频双极化天线，如图1和图2所示，一种可以工作于北斗卫星导航系统的双频双极化天线，采用一体式的结构方式来实现，包括具有上层金属贴片3和上层介质板1的北斗接收天线11、下层金属贴片4和下层介质板2的北斗发射天线12，以及置于底层的金属地板层5；上层接收天线11包括上层介质板1、上层金属辐射贴片3、用于端口馈电的金属探针6；下层接收天线12包括下层介质板2、下层金属辐射贴片4、用于端口馈电的金属探针7；金属地板5上设置有圆形挖孔13、14，分别用于馈电探针6、7的馈电；上层接收天线11和下层发射天线12共用一层金属地板层5；上层金属贴片3附着在上层介质基板1的上表明，下层金属贴片4和金属地板层5分别附着在下层介质基板2的上下两面；金属探针6从上述金属地板层、下层介质板、下层金属辐射贴片、上层介质板穿过通过焊锡和上层金属辐射贴片连接，同轴馈电外层与金属地板通过焊锡连接，下端可以和同轴射频插座的内导体连接；金属探针7从上述金属地板层、下层介质板穿过通过焊锡和下层金属辐射贴片连接，同轴馈电外层与金属地板通过焊锡连接，下端可以和同轴射频插座的内导体连接。

上层北斗接收天线工作于北斗卫星导航系统的下行S频段（2492MHz），为右旋圆极化，下层北斗发射天线工作于北斗卫星导航系统的上行L频段（1616MHz），为左旋圆极化。

上层的北斗接收天线的金属辐射贴片3上设置有缝隙8、9，缝隙8、9宽度W=1mm，缝隙8的长度Ly=10mm，缝隙9的长度Lx=8.7mm，开缝的主要目的是将金属表面辐射单元贴片上电流路径发生变化，使其小型化。通过正交的两个缝隙的缝隙长度差可以实现简并模分离的作用，通过调节长度差和移动馈电点的位置达到新的匹配，可以使接收天线在所需要的频段实现右旋圆极化，如图2a所示。

下层的北斗发射天线的在金属辐射贴片4上挖了圆形槽10，圆形槽10的半径c=7.5mm，圆形槽圆心位于Y轴上，圆形槽圆心位置距圆形金属辐射贴片4圆心距离为b=8mm。所诉圆形槽可以形成微扰，起到简并模分离的作用，使圆形金属贴片增加了一个简并模分离单元，使谐振频率产生了分离，当简并模分离单元选择合适时，就产生了两个极化方向正交、幅度相等、相位相差90°的线极化波，通过调节圆形槽的大小和馈电点位置等实现在所需频段的阻抗匹配，从而实现了左旋圆极化，如图2b所示。

上层北斗接收天线11和下层北斗发射天线12共用底层金属地板层5，有效减小天线的厚度，使结构更加紧凑，便于加工。

应用本实用新型的一种可工作于北斗卫星导航系统的双频双极化天线的效果图如图3，图4，图5，图6，图7，图8所示,其中图3是本实用新型专利的接收天线的S11测试结果;图4是本实用新型专利的发射天线的S11测试结果;图5是本实用新型专利的接收天线的轴比测试结果;图6是本实用新型专利的发射天线的轴比测试结果;图7是本实用新型专利的接收天线的圆极化增益测试结果;图8是本实用新型专利的发射天线的圆极化增益测试结果;图9是本实用新型专利的接收天线与发射天线隔离度的测试结果。

 从图3可以看出，在北斗卫星导航系统的S频段范围内，回波损耗小于-10dB，从图5看出，在S频段范围内，轴比AR小于3dB，从图7可以看出，该天线很好的实现了在S频段范围内的右旋圆极化，最大增益为5.64dB，通过这些可以看出该天线的阻抗带宽，轴比带宽和增益都满足北斗卫星导航系统S波段的工作指标，天线在上述频段内具有良好的性能。

从图4可以看出，在北斗卫星导航系统的L频段范围内，回波损耗小于-10dB，从图6看出，在L频段范围内，轴比AR小于3dB，从图8可以看出，该天线很好的实现了在L频段范围内的左旋圆极化，最大增益为0.932dB，通过这些可以看出该天线的阻抗带宽，轴比带宽和增益都满足北斗卫星导航系统L波段的工作指标，天线在上述频段内具有良好的性能。

从图9可以看出，北斗发射天线和北斗接收天线在工作频段的隔离度都小于-15dB。

本实用新型与现有技术相比，具有如下的优点和技术效果：

北斗接收天线处于上层，通过在圆形金属贴片上开缝来实现天线尺寸的小型化，通过正交的两个缝隙的长度差实现简并分离，再通过调整缝隙长度差值的尺寸并同时移动馈电点的位置使达到新的匹配点，可以得到右旋圆极化的辐射；

北斗发射天线处于下层，通过在圆形金属贴片上挖一个圆形槽形成微扰，实现了比较良好的左旋圆极化特性。同时挖的圆形槽刚好可以使用于上层天线馈电的探针通过而不影响下层天线的性能；

北斗天线的两层介质板，都采用FR4介质板，同时上下两层介质基板的面积相等，这样的结构一体化设计可以便于加工及产业化应用，同时在介质材料的选择方面可以大大降低成本；

上层的北斗接收天线和下层的北斗发射天线共用金属地板，有效的降低了天线的剖面，使结构更加紧凑，便于加工。

以上实施例仅用于举例说明本实用新型的内容，除上述实施方式外，本实用新型还有其它实施方式，凡采用等同替换或等效变形方式形成的技术方案均落在本实用新型的保护范围内。

Claims (10)

1.一种用于北斗导航定位系统的双频双极化天线，其特征在于，包括一上介质板与下介质板，所述上介质板上表面贴附有一上金属辐射贴片，所述下介质板上表面贴附有一下金属辐射贴片，所述下介质板下表面贴附有金属地；

其还包括一第一馈电探针与第二馈电探针，所述第一馈电探针穿过所述上介质板、下介质板、下金属辐射贴片以及金属地，所述第一馈电探针上端与所述上金属辐射贴片焊接；所述第二馈电探针穿过所述下介质板与金属地，所述第二馈电探针上端与所述下金属辐射贴片焊接。

2.如权利要求1所述的用于北斗导航定位系统的双频双极化天线，其特征在于，所述第一馈电探针与第二馈电探针的下端分别用于连接一同轴射频插座的内导体。

3.如权利要求1所述的用于北斗导航定位系统的双频双极化天线，其特征在于，所述介质板的种类包括FR4介质板、陶瓷介质板。

4.如权利要求1所述的用于北斗导航定位系统的双频双极化天线，其特征在于，所述上介质板与下介质板之间设有缝隙。

5.如权利要求1所述的用于北斗导航定位系统的双频双极化天线，其特征在于，所述上金属辐射贴片为圆形，所述上金属辐射贴片上设有两条第一缝隙与两条第二缝隙。

6.如权利要求5所述的用于北斗导航定位系统的双频双极化天线，其特征在于，所述第一缝隙与第二缝隙的宽度相同，所述两第一缝隙分别位于所述上金属辐射贴片的一直径的两端，所述两第二缝隙分别位于与所述直径垂直的另一直径的两端。

7.如权利要求5所述的用于北斗导航定位系统的双频双极化天线，其特征在于，所述第一馈电探针与所述上金属辐射贴片之间的焊接点与所述上金属辐射贴片的圆心具有一定距离。

8.如权利要求1所述的用于北斗导航定位系统的双频双极化天线，其特征在于，所述下金属辐射贴片为圆形，所述下金属辐射贴片上设有一圆形槽。

9.如权利要求8所述的用于北斗导航定位系统的双频双极化天线，其特征在于，所述圆形槽的圆心位于Y轴，所述圆形槽的圆心与所述下金属辐射贴片的圆心具有一定的距离。

10.如权利要求8所述的用于北斗导航定位系统的双频双极化天线，其特征在于，所述第二馈电探针与所述下金属辐射贴片之间的焊接点与所述下金属辐射贴片的圆心具有一定的距离。