CN206388848U - 一种组合天线 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种组合天线，包括金属反射底座，金属反射底座内从下至上依次叠加设置有PCB板、下层微带天线和上层微带天线，PCB板下设有移相馈电网络，下层微带天线和上层微带天线均至少分别通过一个同轴探针与移相馈电网络电连接；金属反射底座内还设有一端依次穿过上层微带天线和下层微带天线的硬同轴电缆，硬同轴电缆的另一端还设有十字振子。本实用新型解决了多频天线的波束宽度较窄的技术问题，并能够提高微带天线接收信号的可靠性和精度。

Description

一种组合天线

技术领域

本实用新型属于天线技术领域，尤其涉及一种组合天线。

背景技术

目前，卫星定位系统、卫星通信系统已经获得了非常广泛的应用。由于卫星不断的在轨道上运行，因此通常要求卫星定位系统、卫星通信系统中接收通信设备的天线具有半球状辐射图，良好的驻波比、轴比以及低剖面，并具有良好的轴比带宽等要求。目前已经具有多种实用的各种天线，可以应用于这些技术领域，包括螺旋天线、微带天线等，一般而言其波束宽度难以做得很宽。

实用新型内容

本实用新型的目的在于：提供一种组合天线，以解决多频天线的波束宽度较窄的技术问题，并能够提高微带天线接收信号的可靠性和精度。

本实用新型采用的技术方案如下：

一种组合天线，包括金属反射底座，金属反射底座内从下至上依次叠加设置有PCB板、下层微带天线和上层微带天线，PCB板下设有移相馈电网络，下层微带天线和上层微带天线均至少分别通过一个同轴探针与移相馈电网络电连接；金属反射底座内还设有一端依次穿过上层微带天线和下层微带天线的硬同轴电缆，硬同轴电缆的另一端还设有十字振子。

进一步的，下层微带天线和上层微带天线均由从下至上依次叠加设置的接地板、介质板和辐射贴片设置而成。

进一步的，上层微带天线和下层微带天线的辐射贴片依次增大。

进一步的，上层微带天线设有中心孔，中心孔中设有依次穿在上层微带天线和下层微带天线中的短路针，且短路针还电连接于移相馈电网络的地线。

进一步的，上层微带天线的辐射贴片形状为切除了一个对角线上的两个等边角的正方形。

进一步的，上层微带天线通过一根同轴探针与移相馈电网络电连接；下层微带天线通过两根同轴探针与移相馈电网络电连接。

进一步的，硬同轴电缆末端设有缝，且缝的长度为四分之一工作波长。

进一步的，十字振子由两个短臂和两个长臂(两对)组成硬同轴电缆的内芯分别与其中一个短臂和一个长臂连接。

进一步的，长臂的主体厚度大于长臂的末梢厚度，长臂的主体宽度大于长臂的末梢宽度，两长臂末端之间的距离为24mm，两短臂末端之间的距离为16mm。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本实用新型的有益效果是：

1.本实用新型将十字振子、金属反射底座、硬同轴电缆、上层微带天线和下层微带天线等组合在一起，构成一种新的组合天线，通过十字振子、硬同轴电缆、金属反射底座等改善原天线的波束宽度，解决了多频天线的波束宽度较窄的技术问题。

2.本实用新型采用两对十字振子，一对十字振子对应长臂，另一对十字振子对应短臂，臂长的不同用于天线的圆极化；采用两对十字振子，对应长臂和短臂，同时以一定弧度向下弯曲，其中长臂向下弯曲的曲率小于短臂的弯曲曲率，该结构有效的展宽了天线的波束；采用的两对振子末梢采用了变异结构，末端一段距离内宽度、厚度与振子本身结构相比，变窄或者变薄，或者同时变窄和变薄，该结构有效的改善了该天线的输入阻抗匹配；两对十字振子(两个短臂和两个长臂)通过端口开口四分之一工作波长的硬同轴电缆连接穿过上层微带天线和下层微带天线，并在金属反射底座上形成一个SMA接口；在上层微带天线的辐射贴片对角线两端切去三角形或者其它形状部分，实现该天线的圆极化，上层微带天线通过硬同轴电缆穿过金属反射底座，并在金属反射底座上形成另一个SMA接口，该部分的圆极化不仅可以通过贴片切角实现，也可以通过多馈源实现圆极化，其中相邻的馈源相位相差90；两个天线构成的整体组合结构，该整体结构中，通过硬同轴电缆高度和金属反射底座直径，可以进一步改善天线的波束宽度，从而保证天线在－90°～+90°范围内的增益保持平坦，更好的满足卫星导航接收设备的要求。

3.本实用新型采用了短路针，短路针和同轴探针之间形成的强耦合等效于加载了一个电容，使得上层微带天线在低于谐振频率位置达到上层微带天线的阻抗匹配，从而增加了上层微带天线的频率带宽，从而确保上层微带天线的频率带宽可覆盖下层微带天线的频率带宽，从而可以遏制多路效应对本实用新型的影响，进而提高上层微带天线5的接收信号的可靠性和精度。同理，提高下层微带天线3接收信号的可靠性和精度。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图—切面；

图2是本实用新型的结构示意图—正面；

图3是本实用新型的各层微带天线的切面示意图；

图4是本实用新型十字振子部分和微带部分结构图。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

下面结合图1～图4对本实用新型作详细说明。

一种定位天线，包括金属反射底座1，金属反射底座1设有环形反射挡板，金属反射底座1内从下至上依次叠加设置有PCB板2、下层微带天线3和上层微带天线5，PCB板2下设有移相馈电网络9，下层微带天线3和上层微带天线5均至少分别通过一个同轴探针10与移相馈电网络9电连接(上层微带天线5通过一根同轴探针10与移相馈电网络9电连接；下层微带天线3通过两根同轴探针10与移相馈电网络9电连接)；金属反射底座1内还设有一端依次穿过上层微带天线5和下层微带天线3的硬同轴电缆14，硬同轴电缆14的另一端还设有十字振子15；硬同轴电缆14末端设有缝18，且缝18的长度为四分之一工作波长，作为巴伦以实现平衡不平衡的转换；变形十字振子的两个短臂16较短，另外两个长臂17较长，以实现圆极化，同时两个长臂17的末端有一段厚度、宽度进行了变异(在该种结构下，十字振子的长臂没有采用规则结构而是采用了变异结构即末端部分的厚度由t变为t1；同时长臂和短臂的弯曲半径变异，即长臂的弯曲半径和短臂的弯曲半径不相同，分别为rl和rs)，以实现阻抗匹配，且四个臂以一定弧度向下弯曲；十字振子的两个长臂17(末端为变异结构)、两个短臂16实现了另一个天线功能，作为接收信号使用；金属反射底座1用于改善发射和接收天线的部分性能；十字振子15由两个短臂16和两个长臂17组成硬同轴电缆14的内芯分别与其中一个短臂和一个长臂连接；长臂17的主体厚度大于长臂17的末梢厚度，长臂17的主体宽度大于长臂17的末梢宽度，两长臂17末端之间的距离为24mm，两短臂16末端之间的距离为16mm；。

上层微带天线5设有中心孔，中心孔中设有依次穿在上层微带天线5和下层微带天线3中的短路针11，且短路针11还电连接于移相馈电网络9的地线，金属反射底座1、PCB板2、下层微带天线3和上层微带天线5通过螺钉12固定在一起。本实用新型提供的组合天线具有多个频点，一个是发射频率，一个是接收频率，因此设计中不仅需要考虑多个频点(四个)、圆极化等微带天线要考虑的问题，还需要考虑接收端口和发射端口的隔离问题。此外该类型的接收机不仅需要正常的接收卫星信号，而且还需要发射信号，实现与卫星的双向通信。因此即代表了卫星通信系统中接收机天线的特征，也代表了卫星定位系统中接收机天线的特征。应用本实用新型的天线可以方便的应用于其它卫星通信接收机中，也可以方便用于其它定位系统中，如GPS定位接收机、加利略定位接收机等多种定位接收设备中，采用上述组合天线无论是振子天线还是微带天线的波束宽度得到了有效展宽。

上述结构中的具体描述如下：

下层微带天线3和上层微带天线5均由从下至上依次叠加设置的接地板6、介质板7和辐射贴片8设置而成(上层微带天线5以下层微带天线3的辐射贴片8作为接地板6，下层微带天线3中的接地板6为下层微带天线3的独立接地板)，辐射贴片8是一种具有几何对称图纸的薄金属，覆盖在高频板上，其形状包含圆形、方形、多边形等，优选的，上层微带天线5辐射贴片8的形状为切除了一个对角线上的两个等边角19的正方形；辐射贴片8的作用是就是对外辐射电磁波。移相馈电网络9起到的作用就是一个一分二等分功率器，输出端信号幅度相等，相位差为90°。

上层微带天线5和下层微带天线3各自的介质板和PCB板2均为圆形且直径大小一致，呈同轴叠放，通过边缘的螺钉与圆形的金属反射底座连接。上述上层微带天线、下层微带天线各自的介质板所选用高频板介质的介电常数不相同。通过直径相等和介电常数不同的微带天线介质板，从而提高天线隔离度，本实施例中下层微带天线3的低仰角增益得到提高。

金属反射底座1是带有环形反射挡板的金属反射底座，其环形反射挡板距离各层微带天线的辐射贴片有一个合适的距离，该距离根据实际调试进行确定。所述的环形反射挡板不会影响各层微带天线的圆极化轴比，但会对微带天线的方向图特别是下层微带天线方向图产生影响，可以有效提高各层微带天线特别是下层微带天线的低仰角增益。所述的环形反射挡板还可以将天线的谐振频率降低，进而将微带天线尺寸缩小，起到微型化的作用。

采用两对振子，一对十字振子对应长臂，另一对十字振子对应短臂，臂长的不同用于天线的圆极化；采用两对十字振子，对应长臂和短臂，同时以一定弧度向下弯曲，其中长臂向下弯曲的曲率小于短臂的弯曲曲率，该结构有效的展宽了天线的波束；采用的两对振子末梢采用了变异结构，末端一段距离内宽度、厚度与振子本身结构相比，变窄或者变薄，或者同时变窄和变薄，该结构有效的改善了该天线的输入阻抗匹配；两对十字振子(两个短臂和两个长臂)通过端口开口四分之一工作波长的硬同轴电缆连接穿过上层微带天线和下层微带天线，并在金属反射底座上形成一个SMA接口；在上层微带天线的辐射贴片对角线两端切去三角形或者其它形状部分，实现该天线的圆极化，上层微带天线通过硬同轴电缆穿过金属反射底座，并在金属反射底座上形成另一个SMA接口，该部分的圆极化不仅可以通过贴片切角实现，也可以通过多馈源实现圆极化，其中相邻的馈源相位相差90；两个天线构成的整体组合结构，该整体结构中，通过硬同轴电缆高度和金属反射底座直径，可以进一步改善天线的波束宽度，从而保证天线在－90°～+90°范围内的增益保持平坦，更好的满足卫星导航接收设备的要求。

上层微带天线5和下层微带天线3的辐射贴片8依次增大，对应地，上面天线总是以下面天线的辐射贴片作为接地即反射面，且反射面增大可以提高天线的增益(包含顶点增益和低仰角增益)，故上面层微带天线的辐射贴片比下层辐射贴片小可以提高上面层天线的增益。

各个同轴探针10均是与微带天线(下层微带天线3和上层微带天线5)的辐射贴片8连在一起，并连接于移相馈电网络9的地线，接地，以实现微带天线的馈电。

下层微带天线3和上层微带天线5均设有金属化孔13，其内供同轴探针10通过，金属化孔13的作用是保证其内部的Teflon介质和同轴探针10加上金属化孔共同组成同轴线结构。上述的和下层微带天线均有一个直径大小一致的金属化孔，通过金属化孔来保证各层天线间的接地与PCB板的接地良好接触，而PCB板与圆形金属反射底座接地良好，进而实现各层天线与圆形金属反射底座的接地良好。馈电方式选择双同轴探针10馈电来保证良好的圆极化轴比和低仰角增益方向图的不圆度要求(是天线的一个指标，是指天线在某一个俯仰角上对于方位面360°内增益最大值与最小值之差值的一半。)，其同轴探针10通过中间层的介质和下层的金属化孔，与PCB板背面的移相馈电网络连接，根据B1的右旋圆极化和L的左旋圆极化特性，分别赋予这两个探针对应的+90°相位差或者－90°相位差来实现所需要的左旋圆极化或者右旋圆极化。下层微带天线3选用介电常数较低的高频板介质来满足带宽要求，采用双馈电方式来获得良好的圆极化轴比和较好的低仰角增益方向图不圆度，其右旋圆极化通过赋予两个同轴探针1090°的相位差来实现。

上述上层微带天线5中的介质板7大于和下层微带天线3中的介质板7，可以提高天线的隔离度。由于微带天线的色散特性，天线同时存在辐射与散射。当下层微带天线介质板的厚度变小时，下层微带天线的辐射贴片与金属反射底座之间的场强耦合会加强，会让下层微带天线边缘的电磁波散射会减小，散射到下层的场强也就会减小，产生的感应电流变小，使得下层微带天线的隔离度变大。同样地，由于上层微带天线是以下层微带天线的辐射贴片作为接地面，当上层微带天线厚度变小时，其与下层微带天线的场强耦合会加强，会让上层微带天线边缘的电磁波散射会减小，散射到下层的场强也就会减小，产生的感应电流变小，使得上层微带天线的隔离度变大。

上层微带天线5：短路针11和同轴探针10之间形成的强耦合等效于加载了一个电容，使得上层微带天线5在低于谐振频率位置达到上层微带天线5的阻抗匹配，从而增加了上层微带天线5的频率带宽，从而确保上层微带天线5的频率带宽可覆盖下层微带天线的频率带宽，从而可以遏制多路效应对本实用新型的影响，进而提高上层微带天线5的接收信号的可靠性和精度。同理，提高下层微带天线3接收信号的可靠性和精度。本实用新型解决多频天线(大于或等于三频)的波束宽度较窄的技术问题，并能够提高微带天线接收信号的可靠性和精度等。本实用新型未详细阐述的部分属于本领域公知技术，因此，不再赘述。

Claims (9)

1.一种组合天线，其特征在于，包括金属反射底座(1)，金属反射底座(1)内从下至上依次叠加设置有PCB板(2)、下层微带天线(3)和上层微带天线(5)，PCB板(2)下设有移相馈电网络(9)，下层微带天线(3)和上层微带天线(5)均至少分别通过一个同轴探针(10)与移相馈电网络(9)电连接；金属反射底座(1)内还设有一端依次穿过上层微带天线(5)和下层微带天线(3)的硬同轴电缆(14)，硬同轴电缆(14)的另一端还设有十字振子(15)。

2.如权利要求1所述的一种组合天线，其特征在于，下层微带天线(3)和上层微带天线(5)均由从下至上依次叠加设置的接地板(6)、介质板(7)和辐射贴片(8)设置而成。

3.如权利要求2所述的一种组合天线，其特征在于，上层微带天线(5)和下层微带天线(3)的辐射贴片(8)依次增大。

4.如权利要求1所述的一种组合天线，其特征在于，上层微带天线(5)设有中心孔，中心孔中设有依次穿在上层微带天线(5)和下层微带天线(3)中的短路针(11)，且短路针(11)还电连接于移相馈电网络(9)的地线。

5.如权利要求1所述的一种组合天线，其特征在于，上层微带天线(5)辐射贴片(8)的形状为切除了一个对角线上的两个等边角(19)的正方形。

6.如权利要求1所述的一种组合天线，其特征在于，上层微带天线(5)通过一根同轴探针(10)与移相馈电网络(9)电连接；下层微带天线(3)通过两根同轴探针(10)与移相馈电网络(9)电连接。

7.如权利要求1所述的一种组合天线，其特征在于，硬同轴电缆(14)末端设有缝(18)，且缝(18)的长度为四分之一工作波长。

8.如权利要求1所述的一种组合天线，其特征在于，十字振子(15)由两个短臂(16)和两个长臂(17)组成硬同轴电缆(14)的内芯分别与其中一个短臂和一个长臂连接。

9.如权利要求7或8所述的一种组合天线，其特征在于，长臂(17)的主体厚度大于长臂(17)的末梢厚度，长臂(17)的主体宽度大于长臂(17)的末梢宽度，两长臂(17)末端之间的距离为24mm，两短臂(16)末端之间的距离为16mm。