CN216120754U - 一种带状线结构的分布式四端口双频等幅移相馈电网络 - Google Patents

Abstract

本实用新型一种带状线结构的分布式四端口双频等幅移相馈电网络，包括介质基板层、第一地面层、第二地面层、L1频段馈电网络层、L2频段馈电网络层，L1频段馈电网络和L2频段馈电网络均由若干带状线结构的分支线耦合器、带状传输线、接地共面波导、馈电过孔和接地过孔组成。本实用新型具有低成本、大带宽、保密性强、信噪比高、符合车规级要求的特点，适合用在精确导航的终端设备和精确测量的RTK设备上。

Description

一种带状线结构的分布式四端口双频等幅移相馈电网络

技术领域

本实用新型涉及通信电路技术领域，尤其涉及一种带状线结构的分布式四端口双频等幅移相馈电网络。

背景技术

全球导航卫星系统(GNSS)是一种能够通过GNSS卫星为用户提供全天候三维坐标和时间信息的无线电定位系统，该系统主要由美国的全球卫星定位系统(GPS)、俄罗斯的全球卫星导航系统“格洛纳斯”(GLOSNASS)、欧盟的伽利略卫星导航系统(GALILEO)、中国的北斗卫星导航系统(BDS)和各国的区域增强系统组成。GNSS配合高精度定位天线组合使用，能为用户提供精确的位置信息，受到测绘、勘探等行业用户的欢迎。

利用GNSS获得高精度定位信息需要搭配圆极化天线来实现，而天线的馈电网络对天线的性能有决定性影响。现阶段在GNSS中使用的馈电网络广泛采用集总式3dB电桥IC来实现3dB功率等分和90°相移，即每个频段使用三个电桥IC来实现信号一分为四，并实现每个输出端口相位差为90°的特性。理想状态下，每个端口馈电功率为-6dB，相位分别为0°、-90°、-180°、-270°，形成四个端口等幅馈电的右旋圆极化。现有方案存在如下几个问题：

首先，使用电桥IC来实现3dB功率等分和移相的成本较高。每个工作频段的四端口馈电网络需要三个电桥IC，要覆盖GNSS常用的L1和L2频段，总共需要六个电桥IC来构建馈电网络，成本较高；

其次，使用集总元件供应商提供的电桥IC构建的馈电网络容易被竞争对手复制，竞品厂商只需要根据元件上的丝印信息即可找到对应的元件，再搭配推荐的电路就能实现与原馈电网络同样的功能与性能，保密性较差；

此外，使用电桥IC的方案中，传输GNSS天线的小信号无源电路与有源放大电路在电路板同一面，容易被有源电路部分泄露的噪音干扰，造成信噪比较低的情况；

最后，现有的电桥IC不符合车规级标准，在车规级项目上使用非车规级的元器件会降低整个系统的可靠性，不符合车厂的要求；如果单独给现在使用的电桥IC做车规级认证，又会增加额外的成本。

实用新型内容

为了克服现有技术的不足，本实用新型的目的在于提供一种带状线结构的分布式四端口双频等幅移相馈电网络，具有低成本、大带宽、保密性强、信噪比高、符合车规级要求的特点，适合用在精确导航的终端设备和精确测量的RTK设备上。

本实用新型提供一种带状线结构的分布式四端口双频等幅移相馈电网络，包括介质基板层、第一地面层、第二地面层、L1频段馈电网络层、L2频段馈电网络层；所述介质基板层由介质基板、第一介质半固化片、第二介质半固化片压合而成，所述第一介质半固化片、所述第二介质半固化片位于所述介质基板的两侧，L1频段馈电网络印制在所述L1频段馈电网络层上，所述L1频段馈电网络层位于所述介质基板和所述第一介质半固化片之间，L2频段馈电网络印制在所述L2频段馈电网络层上，所述L2频段馈电网络层位于所述介质基板和所述第二介质半固化片之间，第一地面印制在所述第一地面层上，第二地面印制在所述第二地面层上，所述第一地面层位于所述第一介质半固化片的外侧，所述第二地面层位于所述第二介质半固化片的外侧；所述L1频段馈电网络和所述L2频段馈电网络均由若干带状线结构的分支线耦合器、带状传输线、接地共面波导、馈电过孔和接地过孔组成；所述带状线结构的分支线耦合器之间通过所述带状传输线连接，所述带状线结构的分支线耦合器通过所述带状传输线与所述馈电过孔连接，所述接地过孔贯通所述L1频段馈电网络层和所述L2频段馈电网络层，所述第一地面、所述第二地面、所述L1频段馈电网络层的接地共面波导、所述L2频段馈电网络层的接地共面波导共同组成移相功分网络的参考地面。

进一步地，所述L1频段馈电网络、所述L2频段馈电网络均包括一级分支线耦合器、二级分支线耦合器、带状长传输线、带状短传输线，所述一级分支线耦合器的输入端与馈电过孔连接，所述一级分支线耦合器的输出端通过所述带状长传输线与所述二级分支线耦合器的输入端连接，所述二级分支线耦合器的输出端通过所述带状短传输线与馈电过孔连接。

进一步地，所述二级分支线耦合器的数量为二，所述一级分支线耦合器的输出端通过两段带状长传输线与两个二级分支线耦合器的输入端连接。

进一步地，两段所述带状长传输线的电长度相差90°。

进一步地，所述带状短传输线的数量为四，两个所述二级分支线耦合器的输出端通过四段带状短传输线与馈电过孔连接。

进一步地，所述L1频段馈电网络、所述L2频段馈电网络均还包括匹配电阻过孔，所述L1频段馈电网络的一级分支线耦合器的隔离端口、所述L2频段馈电网络的一级分支线耦合器的隔离端口均通过所述匹配电阻过孔与匹配电阻连接。

进一步地，所述介质基板的材料等级为FR-4，介电常数为4.3，厚度为1.2mm，直径为114mm。

进一步地，所述第一地面、所述第二地面均为圆盘形地面。

相比现有技术，本实用新型的有益效果在于：

本实用新型提出一种带状线结构的分布式四端口双频等幅移相馈电网络，与现有采用电桥IC来实现功率等分和信号移相的方案相比，使用带状线结构的移相网络可整合到四层板结构的馈电板中，可仅通过改变馈电板内部的电路实现功率等分和信号移相的功能，不需要增加其他外部器件，降低了物料成本。实现功率等分和信号移相的馈电网络的PCB的地面和有源网络不在同一层，可有效避免来自有源低噪声放大电路的干扰噪声，提高整个系统的信噪比。具有低成本、大带宽、保密性强、信噪比高、符合车规级要求的特点，适合用在精确导航的终端设备和精确测量的RTK设备上。

上述说明仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实用新型的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本实用新型的较佳实施例并配合附图详细说明如后。本实用新型的具体实施方式由以下实施例及其附图详细给出。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本申请的一部分，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1为本实用新型的馈电网络PCB分层结构示意图；

图2为本实用新型的馈电网络PCB透视图；

图3为本实用新型的L1频段馈电网络层结构示意图；

图4为本实用新型的L2频段馈电网络层结构示意图；

图5为本实用新型的50Ω和35Ω带状传输线组成L1频段耦合器。

图中：1、介质基板；2、L1频段馈电网络层；21、L1频段馈电网络；211、接地过孔；212、一级分支线耦合器；2121、第一带状线；2122、第二带状线；213、二级分支线耦合器；214、带状长传输线；215、带状短传输线；216、馈电过孔；217、匹配电阻过孔；3、第一介质半固化片；4、第一地面层；5、L2频段馈电网络层；51、L2频段馈电网络；6、第二介质半固化片；7、第二地面层。

具体实施方式

下面，结合附图以及具体实施方式，对本实用新型做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。

一种带状线结构的分布式四端口双频等幅移相馈电网络，如图1、图2所示，包括介质基板1层、第一地面层4、第二地面层7、L1频段馈电网络层2、L2频段馈电网络层5；介质基板1层由介质基板1、第一介质半固化片3、第二介质半固化片6压合而成，介质基板1的材料等级为FR-4，介电常数为4.3，厚度为1.2mm，直径为114mm。第一介质半固化片3、第二介质半固化片6位于介质基板1的两侧，L1频段馈电网络21印制在L1频段馈电网络层2上，L1频段馈电网络层2位于介质基板1和第一介质半固化片3之间，L2频段馈电网络51印制在L2频段馈电网络层5上，L2频段馈电网络层5位于介质基板1和第二介质半固化片6之间，第一地面印制在第一地面层4上，第二地面印制在第二地面层7上，第一地面、第二地面均为圆盘形地面。第一地面层4位于第一介质半固化片3的外侧，第二地面层7位于第二介质半固化片6的外侧；L1频段馈电网络21和L2频段馈电网络51均由若干带状线结构的分支线耦合器、带状传输线、接地共面波导、馈电过孔216和接地过孔211组成；带状线结构的分支线耦合器之间通过带状传输线连接，带状线结构的分支线耦合器通过带状传输线与馈电过孔216连接，接地过孔211贯通L1频段馈电网络层2和L2频段馈电网络层5，第一地面、第二地面、L1频段馈电网络层2的接地共面波导、L2频段馈电网络层5的接地共面波导共同组成移相功分网络的参考地面。

如图3、图4所示，L1频段馈电网络21、L2频段馈电网络51均由三个带状线结构的分支线耦合器、数段带状传输线、接地共面波导和馈电过孔216组成；具体的，三个带状线结构的分支线耦合器分别为一个一级分支线耦合器212、两个二级分支线耦合器213，带状传输线包括两端带状长传输线214、四段带状短传输线215，一级分支线耦合器212的输入端与馈电过孔216连接，一级分支线耦合器212的输出端通过两段带状长传输线214与两个二级分支线耦合器213的输入端连接，两段带状长传输线214的电长度相差90°。两个二级分支线耦合器213的输出端通过四段带状短传输线215与馈电过孔216连接。

如图3、图4所示，L1频段馈电网络21、L2频段馈电网络51均还包括匹配电阻过孔217，L1频段馈电网络21的一级分支线耦合器212的隔离端口、L2频段馈电网络51的一级分支线耦合器212的隔离端口均通过匹配电阻过孔217与匹配电阻连接。

在一实施例中，如图5所示，L1频段馈电网络21的一级分支线耦合器212由电长度为90°、特性阻抗为50Ω的第一带状线2121，电长度为90°、特性阻抗为35Ω的第二带状线2122组成。该结构组成的分支线耦合器能够实现两个输出口功率等分且有90°的相位差；一级分支线耦合器212的90°输出口和180°输出口分别接上电长度相差90°的带状长传输线214，至此从一级分支线耦合器212的输入口输入，到两段带状长传输线214输出的信号等幅反相；两段带状长传输线214分别接上对应二级分支线耦合器213，最后信号完成一分四，四路信号通过二级分支线耦合器213的输出口输出，经过带状短传输线215微调相位差，最后连接到馈电过孔216，实现四路信号的右旋圆极化。

现有电桥IC方案使用各种小型化技术把移相网络集成到芯片上，本实用新型用带状线结构实现分支线耦合器，带状线结构的分支线耦合器不采用小型化技术，仅使用传输线理论实现了功率等分和信号移相的功能，大幅降低了物料成本，同时结构和功能易于修改，可实现高度的定制化。

现有电桥IC方案每个频段使用三个电桥IC加两段不同长度的微带线组成馈电网络，实现四个端口的功率四等分和右旋圆极化，两个频段的馈电网络在同一个平面上，容易互相串扰。本实用新型用带状线结构实现的分支线耦合器组合，带状线结构实现的分支线耦合器组合每个频段使用三个分支线耦合器加两段不同长度的带状线组成馈电网络，实现四个端口的功率四等分和右旋圆极化，两个频段的馈电网络分布在不同的平面上，避免干扰。

以上，仅为本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制；凡本行业的普通技术人员均可按说明书附图所示和以上而顺畅地实施本实用新型；但是,凡熟悉本专业的技术人员在不脱离本实用新型技术方案范围内，利用以上所揭示的技术内容而做出的些许更动、修饰与演变的等同变化，均为本实用新型的等效实施例；同时,凡依据本实用新型的实质技术对以上实施例所作的任何等同变化的更动、修饰与演变等，均仍属于本实用新型的技术方案的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种带状线结构的分布式四端口双频等幅移相馈电网络，其特征在于：包括介质基板层、第一地面层、第二地面层、L1频段馈电网络层、L2频段馈电网络层；所述介质基板层由介质基板、第一介质半固化片、第二介质半固化片压合而成，所述第一介质半固化片、所述第二介质半固化片位于所述介质基板的两侧，L1频段馈电网络印制在所述L1频段馈电网络层上，所述L1频段馈电网络层位于所述介质基板和所述第一介质半固化片之间，L2频段馈电网络印制在所述L2频段馈电网络层上，所述L2频段馈电网络层位于所述介质基板和所述第二介质半固化片之间，第一地面印制在所述第一地面层上，第二地面印制在所述第二地面层上，所述第一地面层位于所述第一介质半固化片的外侧，所述第二地面层位于所述第二介质半固化片的外侧；所述L1频段馈电网络和所述L2频段馈电网络均由若干带状线结构的分支线耦合器、带状传输线、接地共面波导、馈电过孔和接地过孔组成；所述带状线结构的分支线耦合器之间通过所述带状传输线连接，所述带状线结构的分支线耦合器通过所述带状传输线与所述馈电过孔连接，所述接地过孔贯通所述L1频段馈电网络层和所述L2频段馈电网络层，所述第一地面、所述第二地面、所述L1频段馈电网络层的接地共面波导、所述L2频段馈电网络层的接地共面波导共同组成移相功分网络的参考地面。

2.如权利要求1所述的一种带状线结构的分布式四端口双频等幅移相馈电网络，其特征在于：所述L1频段馈电网络、所述L2频段馈电网络均包括一级分支线耦合器、二级分支线耦合器、带状长传输线、带状短传输线，所述一级分支线耦合器的输入端与馈电过孔连接，所述一级分支线耦合器的输出端通过所述带状长传输线与所述二级分支线耦合器的输入端连接，所述二级分支线耦合器的输出端通过所述带状短传输线与馈电过孔连接。

3.如权利要求2所述的一种带状线结构的分布式四端口双频等幅移相馈电网络，其特征在于：所述二级分支线耦合器的数量为二，所述一级分支线耦合器的输出端通过两段带状长传输线与两个二级分支线耦合器的输入端连接。

4.如权利要求3所述的一种带状线结构的分布式四端口双频等幅移相馈电网络，其特征在于：两段所述带状长传输线的电长度相差90°。

5.如权利要求3所述的一种带状线结构的分布式四端口双频等幅移相馈电网络，其特征在于：所述带状短传输线的数量为四，两个所述二级分支线耦合器的输出端通过四段带状短传输线与馈电过孔连接。

6.如权利要求2所述的一种带状线结构的分布式四端口双频等幅移相馈电网络，其特征在于：所述L1频段馈电网络、所述L2频段馈电网络均还包括匹配电阻过孔，所述L1频段馈电网络的一级分支线耦合器的隔离端口、所述L2频段馈电网络的一级分支线耦合器的隔离端口均通过所述匹配电阻过孔与匹配电阻连接。

7.如权利要求1所述的一种带状线结构的分布式四端口双频等幅移相馈电网络，其特征在于：所述介质基板的材料等级为FR-4，介电常数为4.3，厚度为1.2mm，直径为114mm。

8.如权利要求1所述的一种带状线结构的分布式四端口双频等幅移相馈电网络，其特征在于：所述第一地面、所述第二地面均为圆盘形地面。

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