CN208078175U - 一种具有宽频带宽波束相位中心稳定的多馈源高精度天线 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种具有宽频带宽波束相位中心稳定的多馈源高精度天线，包括天线主辐射单元、谐振腔、馈电网络电路板和多个寄生单元，天线主辐射单元包括方形PCB板，方形PCB板的上表面设有具有四个翅膀的蝶形贴片振子，馈电网络电路板的上表面为接地板，馈电网络电路板的下表面设有馈电网络微带电路，馈电网络微带电路的四个支路端口分别与蝶形贴片振子的四个翅膀上的馈电点对应连接，谐振腔位于方形PCB板的下方，多个寄生单元围绕方形PCB板焊接于接地板上。与现有技术相比，本实用新型采用蝶形振子结构、四点馈电的方式来实现天线GNSS全频段覆盖，具有高增益、宽波束、宽频带、相位中心稳定、抗多径效应能力强等优点。

Description

一种具有宽频带宽波束相位中心稳定的多馈源高精度天线

技术领域

本实用新型涉及卫星导航终端天线技术领域，尤其是涉及一种具有宽频带宽波束相位中心稳定的多馈源高精度天线。

背景技术

随着全球卫星导航系统（GNSS，Global Navigation Satellite System）发展迅速，卫星导航终端设备对多系统兼容、高定位精度的需求也越来越广泛。卫星导航终端天线作为卫星导航终端设备的接收前端，其指标的优异很大地影响着卫星导航终端的性能，为了兼容多卫星导航系统，天线应具备较宽的增益带宽、轴比带宽和阻抗带宽等特点。为提高卫星导航终端的定位精度，其终端天线同时也要考虑天线相位中心稳定、抗多径效应、结构紧凑等特点。目前市面上一般采用多层堆叠结构的微带天线实现天线的宽频覆盖，通过增加微带天线的介质厚度来增加天线的带宽。为保证天线能覆盖卫星导航系统的所有频段，需要采用非常厚的介质来设计天线，天线介质基板厚度增加不仅大大增加了产品成本、增加产品重量，而且微带天线的表面波会随着天线厚度的增大而增加，严重了影响天线性能。因此，需要提出一种新的结构方案，来实现具有高增益、宽波束、宽频带、相位中心稳定、抗多径效应能力强等综合性能较优的轻型化GNSS测量型天线。

实用新型内容

本实用新型的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种具有宽频带宽波束相位中心稳定的多馈源高精度天线，采用蝶形振子结构、四点馈电的方式来实现天线GNSS全频段覆盖，具有高增益、宽波束、宽频带、相位中心稳定、抗多径效应能力强等优点。

本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种具有宽频带宽波束相位中心稳定的多馈源高精度天线，包括天线主辐射单元、谐振腔、馈电网络电路板和多个寄生单元，所述天线主辐射单元包括方形PCB板，所述方形PCB板的上表面设有具有四个翅膀的蝶形贴片振子，方形PCB板的下表面设有四个与蝶形贴片振子的四个翅膀一一对应连接的调节枝节，所述馈电网络电路板的上表面为接地板，馈电网络电路板的下表面设有馈电网络微带电路，所述馈电网络微带电路的四个支路端口分别与蝶形贴片振子的四个翅膀上的馈电点一一对应连接，所述谐振腔位于方形PCB板的下方且焊接于接地板上，所述多个寄生单元围绕方形PCB板呈中心对称焊接于接地板上。

所述蝶形贴片振子包括四个呈中心对称设置的镂空六边形辐射贴片振子，每个镂空六边形辐射贴片振子为蝶形贴片振子的一翅膀，馈电点位于镂空六边形辐射贴片振子上。

所述镂空六边形辐射贴片振子的镂空呈对称形状，且镂空的中心位于方形PCB板的对角线上。

所述调节枝节呈L型，四个调节枝节呈中心对称设于方形PCB板的四角处。

所述方形PCB板的四角处分别设有一金属过孔，所述金属过孔位于方形PCB板的对角线上，每个调节枝节分别通过一金属过孔对应连接蝶形贴片振子的翅膀。

四个馈电点位于方形PCB板的对角线上，且四个馈电点到方形PCB板中心的距离相等。

所述馈电网络微带电路的四个支路端口中相邻支路端口依次形成90°相位差。

所述天线主辐射单元还包括接地片和四根同轴电缆，所述接地片设于方形PCB板的下表面中心处，每根同轴电缆的上端内导体对应连接一馈电点，每根同轴电缆的上端外导体焊接于接地片上，每根同轴电缆的下端内导体对应连接馈电网络微带电路的一支路端口，每根同轴电缆的下端外导体焊接于接地板上。

所述谐振腔呈长方体，谐振腔的竖直侧面围绕方形PCB板设置。

每个寄生单元竖直设置，多个寄生单元呈多圈的环形嵌套结构布设。

与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：是一种用于大地测量、海洋测量、山体滑坡监测、桥梁变形监测、地形检测、驾考驾培等领域的高精度多系统GNSS测量型天线，采用蝶形振子结构实现GNSS多频段信号覆盖，天线结构包括主辐射单元、长方体谐振腔、馈电网络电路板以及接地板上中心对称排布的多个寄生单元。天线主辐射单元采用四点馈电的方式，利用同轴电缆将四个馈电点与馈电网络进行连接，通过馈电网络使得四个馈电点中相邻馈电点依次形成90°相位差，从而实现天线的圆极化。天线主辐射单元为蝶形振子结构，由四个相互对称的镂空六边形辐射贴片振子组成，天线覆盖频带宽，实现GNSS全频段覆盖。在主辐射单元下方设置一个谐振腔，在周围设置中心对称排布的多个寄生单元，可以实现增加天线波束宽度、减小天线尺寸、提高抗多径效应能力等优点。

附图说明

图1是多馈源高精度天线的整体结构示意图；

图2是多馈源高精度天线的整体结构俯视图；

图3是多馈源高精度天线的整体结构左视图；

图4是多馈源高精度天线的天线主辐射单元仰视图；

图5是多馈源高精度天线的天线主辐射单元左视图；

图6是多馈源高精度天线在中心频点处的增益方向图；

图7是多馈源高精度天线的顶点增益随频率变化的曲线图。

图中，1、天线主辐射单元，11、方形PCB板，111、金属过孔，12、调节枝节，13、镂空六边形辐射贴片振子，131、馈电点，132、镂空，14、接地片，15、同轴电缆，2、谐振腔，3、馈电网络电路板，31、接地板，32、馈电网络微带电路，4、寄生单元。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细说明。本实施例以本实用新型技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本实用新型的保护范围不限于下述的实施例。

如图1-图3所示，一种具有宽频带宽波束相位中心稳定的多馈源高精度天线，包括由上至下依次设置的天线主辐射单元1、谐振腔2和馈电网络电路板3，以及围绕天线主辐射单元1、谐振腔2设置在馈电网络电路板3的多个寄生单元4。天线主辐射单元1和馈电网络电路板3采用厚度较薄的PCB板（厚度可小于等于1mm）设计，谐振腔2和寄生单元4主要采用薄铜片（厚度可以小于等于0.5mm）来设计制作，天线整体重量较轻。

天线主辐射单元1包括方形PCB板11，以及设于方形PCB板11的上表面的具有四个翅膀的蝶形贴片振子、设于方形PCB板11的下表面的四个调节枝节12、设于方形PCB板11的下表面中心处的接地片14和四根同轴电缆15，蝶形贴片振子的四个翅膀上各有一个馈电点131。

本实施例中，蝶形贴片振子的翅膀采用镂空六边形辐射贴片振子13，四个镂空六边形辐射贴片振子13以天线主辐射单元1的中心为对称中心，呈中心对称分布，其俯视图呈蝶形，馈电点131位于镂空六边形辐射贴片振子13上。镂空六边形辐射贴片振子13蚀刻在方形PCB板11的上表面，其镂空132的形状可以为正多边形、圆形、椭圆形等对称形状；镂空132的中心位于方形PCB板11的对角线上，四个镂空132的中心与方形PCB板11中心的距离相等并且可根据设计需求作相应调整。

本实施例中，如图4所示，调节枝节12呈L型，四个L型调节枝节12蚀刻在方形PCB板11的下表面，四个调节枝节12呈中心对称设于方形PCB板11的四角处，调节枝节12的两边对应与方形PCB板11的两相邻边平行，方形PCB板11的四角处分别设有一金属过孔111，金属过孔111位于方形PCB板11的对角线上，每个调节枝节12分别通过一金属过孔111对应与镂空六边形辐射贴片振子13相连接；四个L型调节枝节12大小尺寸相等，可以调整其长度和宽度从而优化天线带宽等部分性能。小型的接地片14蚀刻在方形PCB板11下表面的正中心，其形状可以是正多边形、圆形等中心对称形状。

馈电网络电路板3的上表面为接地板31，馈电网络电路板3的下表面设有馈电网络微带电路32，馈电网络微带电路32的四个支路端口分别通过一同轴电缆15与镂空六边形辐射贴片振子13的馈电点131一一对应连接，同轴电缆15如图5所示。具体连接关系：每根同轴电缆15的上端内导体与镂空六边形辐射贴片振子13一一对应焊接，焊接点为四个馈电点131，四个馈电点131位于方形PCB板11的对角线上，且四个馈电点131到方形PCB板11中心的距离相等；每根同轴电缆15的上端外导体焊接于接地片14上；每根同轴电缆15的下端内导体对应连接馈电网络微带电路32的一支路端口；每根同轴电缆15的下端外导体焊接于接地板31上。馈电网络微带电路32的四个支路端口中相邻支路端口依次形成90°相位差，馈电网络微带电路32可以采用带有移相器的级联威尔金森功分器或者级联T型功分器，也可以是级联的3dB耦合器，其作用是使四个馈电点131中相邻的馈电点131相位差为90°，从而实现天线的圆极化效果。

谐振腔2位于天线主辐射单元1的正下方并支撑天线主辐射单元1，谐振腔2的底部焊接于接地板31上。本实施例中，谐振腔2呈长方体，谐振腔2的竖直侧面围绕方形PCB板11设置，即谐振腔2的四个竖直侧面与方形PCB板11的四边对齐。

多个寄生单元4以馈电网络电路板3的接地板31正中心为对称中心，围绕方形PCB板11呈中心对称排布。每个寄生单元4的下端焊接在接地板31上，并且与接地板31相互垂直。寄生单元4的形状可以是矩形、梯形、扇形、六边形等形状但不限定于这些形状，也可以是这些形状的变形，本实施例中寄生单元4的形状为矩形。根据天线尺寸、低仰角增益和抗多径效应能力的不同要求，寄生单元4的数量和尺寸是可变的，可呈多圈的环形嵌套结构布设。本实施例中的寄生单元4的数量是48个，分两圈圆环形嵌套排布。

本实施例中的天线的天线主辐射单元1和寄生单元4均设计成均匀对称分布，而且采用四馈的馈电方式，保证天线相位中心的稳定性。谐振腔2的设置和多个寄生单元4的合理排布提高了天线的抗多径效应能力，保证天线接收卫星信号的稳定性。天线整体采用薄介质板和薄铜片进行合理设计制作，保证了天线轻量化的设计需求。

图6为本实施例中天线在中心频点处的增益方向图，图中实线表示右旋圆极化增益曲线，虚线表示左旋圆极化增益曲线，从图中可以看出，本实用新型天线的波束宽度较宽，说明本实用新型天线整体辐射性能较好，图6中Theta是与Z轴夹角，Ang是相位，Mag是幅度。图7为本实施例中天线顶点增益随频率变化的曲线图，从图中可以看出，本实用新型天线的增益带宽较宽，GNSS全频段（1164MHz~1610MHz）范围内天线增益均大于4dB，图7中Freq是频率，RealizedGainTotal是实际总增益。

Claims (10)

1.一种具有宽频带宽波束相位中心稳定的多馈源高精度天线，其特征在于，包括天线主辐射单元（1）、谐振腔（2）、馈电网络电路板（3）和多个寄生单元（4），所述天线主辐射单元（1）包括方形PCB板（11），所述方形PCB板（11）的上表面设有具有四个翅膀的蝶形贴片振子，方形PCB板（11）的下表面设有四个与蝶形贴片振子的四个翅膀一一对应连接的调节枝节（12），所述馈电网络电路板（3）的上表面为接地板（31），馈电网络电路板（3）的下表面设有馈电网络微带电路（32），所述馈电网络微带电路（32）的四个支路端口分别与蝶形贴片振子的四个翅膀上的馈电点（131）一一对应连接，所述谐振腔（2）位于方形PCB板（11）的下方且焊接于接地板（31）上，所述多个寄生单元（4）围绕方形PCB板（11）呈中心对称焊接于接地板（31）上。

2.根据权利要求1所述的一种具有宽频带宽波束相位中心稳定的多馈源高精度天线，其特征在于，所述蝶形贴片振子包括四个呈中心对称设置的镂空六边形辐射贴片振子（13），每个镂空六边形辐射贴片振子（13）为蝶形贴片振子的一翅膀，馈电点（131）位于镂空六边形辐射贴片振子（13）上。

3.根据权利要求2所述的一种具有宽频带宽波束相位中心稳定的多馈源高精度天线，其特征在于，所述镂空六边形辐射贴片振子（13）的镂空（132）呈对称形状，且镂空（132）的中心位于方形PCB板（11）的对角线上。

4.根据权利要求1所述的一种具有宽频带宽波束相位中心稳定的多馈源高精度天线，其特征在于，所述调节枝节（12）呈L型，四个调节枝节（12）呈中心对称设于方形PCB板（11）的四角处。

5.根据权利要求1所述的一种具有宽频带宽波束相位中心稳定的多馈源高精度天线，其特征在于，所述方形PCB板（11）的四角处分别设有一金属过孔（111），所述金属过孔（111）位于方形PCB板（11）的对角线上，每个调节枝节（12）分别通过一金属过孔（111）对应连接蝶形贴片振子的翅膀。

6.根据权利要求1所述的一种具有宽频带宽波束相位中心稳定的多馈源高精度天线，其特征在于，四个馈电点（131）位于方形PCB板（11）的对角线上，且四个馈电点（131）到方形PCB板（11）中心的距离相等。

7.根据权利要求1所述的一种具有宽频带宽波束相位中心稳定的多馈源高精度天线，其特征在于，所述馈电网络微带电路（32）的四个支路端口中相邻支路端口依次形成90°相位差。

8.根据权利要求1所述的一种具有宽频带宽波束相位中心稳定的多馈源高精度天线，其特征在于，所述天线主辐射单元（1）还包括接地片（14）和四根同轴电缆（15），所述接地片（14）设于方形PCB板（11）的下表面中心处，每根同轴电缆（15）的上端内导体对应连接一馈电点（131），每根同轴电缆（15）的上端外导体焊接于接地片（14）上，每根同轴电缆（15）的下端内导体对应连接馈电网络微带电路（32）的一支路端口，每根同轴电缆（15）的下端外导体焊接于接地板（31）上。

9.根据权利要求1所述的一种具有宽频带宽波束相位中心稳定的多馈源高精度天线，其特征在于，所述谐振腔（2）呈长方体，谐振腔（2）的竖直侧面围绕方形PCB板（11）设置。

10.根据权利要求1所述的一种具有宽频带宽波束相位中心稳定的多馈源高精度天线，其特征在于，每个寄生单元（4）竖直设置，多个寄生单元（4）呈多圈的环形嵌套结构布设。