CN206516759U - 一种定位天线 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种定位天线，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、中间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、中间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；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、中间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。本实用新型解决了目前天线存在接收信号的误差较大，信号接受精度较低的技术问题，并具有结构简单，同时满足低仰角增益、圆极化轴比良好、收发隔离度高的要求。

Description

一种定位天线

技术领域

本实用新型属于天线技术领域，尤其涉及一种定位天线。

背景技术

近年来，卫星导航、定位和通信系统在军事和民用领域得到了越来越广泛的应用，并起到了越来越重要的作用，如美国的GPS、俄罗斯的GLONASS、我国的北斗系统。我国自主研发的北斗系统于2003年6月1日正式开通，标志着我国已经拥有了完全自主的卫星导航系统。北斗车载天线装置是北斗终端定位和通信系统的关键部件之一，对系统的性能有十分重要的影响。随着北斗导航定位的大规模应用进入实质性阶段，需要大量的卫星定位平台，如车载、舰载、机载等移动终端，其中就需求大量的北斗天线装置。目前车载天线设计存在以下几方面的技术难点：

1.低仰角增益

在卫星通讯中，收发机终端往往对天线的低仰角增益提出较高的要求，这就要求天线的低仰角增益必须足够高。

2.提高收发双端口天线隔离度技术

北斗系统的发射频段为1615.68MHz，接收频段相邻较近的是1268.52MH和1561.098MHz，设计微带天线时由于使用了介电常数不为1(一般大于2)的高频板材料，使得微带天线的辐射贴片尺寸差异不大而产生互耦导致天线间隔离度变差，而在实际使用中往往要求收发端口之间的隔离度达到一定的标准，因此如何提高天线的收发隔离度也是设计中的一大难点。

3.良好的圆极化性能

北斗卫星通讯使用的是圆极化信号，根据极化匹配原则，地面终端上的天线也必须拥有良好的圆极化性能，使得天线能够最大效率的工作。

4.良好的信号接收精度

现有的天线一般都采用偏馈或侧馈实现圆极化。由于天线采用偏馈或侧馈，因此很容易在接受信号时使得天线的电气相位中心与几何中心不重合，在卫星移动或双频微带天线移动时，从而造成接收信号相位中心不稳定，使接收的信号出现误差，影响天线的接收精度。而对于双频段的两层贴片，不但很容易使单个频段的相位中心不稳定，而且很容易使不同频段的相位中心不重合，因此双频段的两层贴片天线比单层贴片天线接收信号的误差更大，信号接受精度更低。

实用新型内容

本实用新型的目的在于：提供一种定位天线，以解决目前天线存在接收信号的误差较大，信号接受精度较低的技术问题，并具有结构简单，同时满足低仰角增益、圆极化轴比良好、收发隔离度高的要求。

本实用新型采用的技术方案如下：

一种定位天线，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、中间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、中间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；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、中间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，下层微带天线、中间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，中间层微带天线中的介质板大于下层微带天线和上层微带天线中的介质板。

进一步的，上层微带天线、中间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、中间层微带天线和下层微带天线的辐射贴片呈圆形或方形。

进一步的，中间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，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，上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，金属反射底座设有环形反射挡板。

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：

本实用新型的主要改进点在于，用短路针将上层微带天线、中间层微带天线和下层微带天线连接在一起，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中间层微带天线和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的接收信号的可靠性和精度。同理，提高下层微带天线和中间层微带天线接收信号的可靠性和精度。而且本实用新型提供圆极化轴比良好、低仰角增益高、收发隔离度高的B3/B1/L/S四频圆极化信号，非常适用于北斗卫星导航定位系统，可以作为北斗卫星导航定位系统的车载天线装置。

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。

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3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、中间层微带天线4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、中间层微带天线4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(中间层微带天线4通过两根同轴探针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；上层微带天线5通过两根同轴探针10与移相馈电网络9电连接)；上层微带天线5设有中心孔(即上层微带天线5的中心位置，若上层微带天线5呈圆形，即圆心)，中心孔中设有依次穿在上层微带天线5、中间层微带天线4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、中间层微带天线4和上层微带天线5通过螺钉12固定在一起。

上述结构中的具体描述如下：

下层微带天线3、中间层微带天线4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以中间层微带天线4的辐射贴片8作为接地板6，中间层微带天线4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，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、中间层微带天线4和下层微带天线3的辐射贴片8呈圆形或方形。

上层微带天线5、中间层微带天线4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、中间层微带天线、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，本实施例中下层和中间层微带天线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和中间层微带天线的方向图产生影响，可以有效提高各层微带天线特别是下层微带天线和中间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。

上层微带天线5、中间层微带天线4和下层微带天线3的辐射贴片8依次增大，即上面天线的辐射贴片总比下面天线的辐射贴片要小，作为一个示例，上层微带天线5的辐射贴片小于中间层微带天线4的辐射贴片，中间层微带天线4的辐射贴片小于下层微带天线3 的辐射贴片。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、中间层微带天线4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、中间层微带天线4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。上述的中间层微带天线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。上层微带天线5在顶层，工作频率对应于北斗卫星系统的S波段2491.75MHz，工作带宽较窄，采用一个同轴探针10。由于中间层微带天线4处在中间层且要同时兼顾北斗导航定位系统中频率相邻的B1波段即1561.098MHz和L波段即1615.68MHz，其工作带宽较宽，则选用厚度较大的高频板介质来展宽工作带宽。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。)，其双同轴探针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工作于1268.52MHz，带宽20MHz，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。

上述的中间层微带天线4中的介质板7大于下层微带天线3和上层微带天线5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，散射到中间层的场强也就会减小，产生的感应电流变小，使得下层微带天线和中间层微带天线的隔离度变大。同样地，由于上层微带天线是以中间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，其与中间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，散射到中间层的场强也就会减小，产生的感应电流变小，使得上层微带天线和中间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的频率带宽可覆盖中间层微带天线和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和中间层微带天线4接收信号的可靠性和精度。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)

1.一种定位天线，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)、中间层微带天线(4)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)、中间层微带天线(4)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)设有中心孔，中心孔中设有依次穿在上层微带天线(5)、中间层微带天线(4)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。

2.如权利要求1所述的一种定位天线，其特征在于，下层微带天线(3)、中间层微带天线(4)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所述的一种定位天线，其特征在于，中间层微带天线(4)中的介质板(7)大于下层微带天线(3)和上层微带天线(5)中的介质板(7)。

4.如权利要求2所述的一种定位天线，其特征在于，上层微带天线(5)、中间层微带天线(4)和下层微带天线(3)的辐射贴片(8)依次增大。

5.如权利要求1所述的一种定位天线，其特征在于，上层微带天线(5)、中间层微带天线(4)和下层微带天线(3)的辐射贴片(8)呈圆形或方形。

6.如权利要求1所述的一种定位天线，其特征在于，中间层微带天线(4)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所述的一种定位天线，其特征在于，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。

8.如权利要求1所述的一种定位天线，其特征在于，上层微带天线(5)通过两根同轴探针(10)与移相馈电网络(9)电连接。

9.如权利要求1～8任一项所述的一种定位天线，其特征在于，金属反射底座(1)设有环形反射挡板。