專利名稱：多模高精度衛(wèi)星導(dǎo)航天線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及衛(wèi)星導(dǎo)航天線，具體為一種全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(GNSS)天線。
背景技術(shù)：
目前正在運(yùn)行或部分運(yùn)行的全球定位系統(tǒng)有美國(guó)的GPS，俄羅斯的GL0NASS，歐盟的Galileo以及中國(guó)的北斗系統(tǒng)。根據(jù)各系統(tǒng)所使用的工作頻率，可大致區(qū)分GNSS的高低兩個(gè)工作頻段，S卩1559-1610MHZ與1164_1300MHz，且每一定位系統(tǒng)的高低工作頻率分別處在所述高低兩個(gè)頻段中的不同區(qū)間。導(dǎo)航天線作為衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的前端核心元件，影響信號(hào)接收的因素主要有接收定位系統(tǒng)工作頻率的帶寬、波束范圍及圓極化性能，其帶寬能同時(shí)覆蓋多個(gè)定位系統(tǒng)高低兩個(gè)頻段中的工作頻率的即所謂多模式導(dǎo)航天線。目前應(yīng)用的導(dǎo)航天線主要有螺旋天線、縫隙螺旋天線和雙頻貼片天線。螺旋天線為寬帶天線，能覆蓋GNSS頻段，但由于需要一個(gè)四分之一波長(zhǎng)的反射腔，因此天線整體笨重，體積較大，占用空間較大，結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，制造成本較高；而縫隙螺旋天線也有同樣的問題?，F(xiàn)有雙頻貼片天線，其結(jié)構(gòu)包括位于上部的高頻諧振貼片和位于中部的低頻諧振貼片，以及位于下部的接地貼片，還包括位于接地貼片和低頻諧振貼片中間部位通孔內(nèi)的饋電探針，饋電探針的上端與高頻諧振貼片連接，饋電探針的下端與具有寬帶移相功分器的電路板電路連接，所述各構(gòu)件之間均設(shè)有絕緣介質(zhì)層，所述高頻諧振貼片外形尺寸小于低頻諧振貼片外形尺寸，高頻諧振貼片位于低頻諧振貼片的平面范圍內(nèi)，且處于同一中心軸線，所述高頻諧振貼片和低頻諧振貼片分別諧振于定位系統(tǒng)的高低兩個(gè)頻段之內(nèi)?，F(xiàn)有的雙頻貼片天線具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造成本較低、體積較小、占用空間小等特點(diǎn)；但由于現(xiàn)有的雙頻貼片天線的饋電探針上端與高頻諧振貼片連接，引入了較強(qiáng)的電感，導(dǎo)致匹配帶寬比較窄，因此不能同時(shí)覆蓋GNSS的所有頻段。

實(shí)用新型內(nèi)容針對(duì)現(xiàn)有雙頻貼片天線存在的不足，本實(shí)用新型的目的是提供一種可同時(shí)覆蓋全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(GNSS)所有頻段的多模高精度衛(wèi)星導(dǎo)航天線。實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型目的的技術(shù)方案，基于對(duì)現(xiàn)有雙頻貼片天線進(jìn)行改進(jìn)，參見圖1，包括上部諧振貼片I ;中部諧振貼片2，所述上部諧振貼片I與中部諧振貼片2處于同一中心軸線；下部的接地貼片3 ；至少設(shè)有兩件饋電探針4，且沿圓周均布，饋電探針4分別位于接地貼片3和中部諧振貼片2中間部位的通孔內(nèi)，并與上部諧振貼片I和中部諧振貼片2處于同一中心軸線，饋電探針4下端與具有寬帶移相功分器的電路板5電路連接；[0012]改進(jìn)的內(nèi)容包括所述饋電探針4上端設(shè)置貼片6，貼片6位于上部諧振貼片I與中部諧振貼片2之間，并位于上部諧振貼片I和中部諧振貼片2的平面范圍內(nèi)，貼片6的作用是可引入更多電容，所引入的電容可以抵消饋電探針本身的電感，可有效擴(kuò)展高低兩個(gè)頻段的帶寬；所述接地貼片3、中部諧振貼片2、上部諧振貼片I、饋電探針4及其貼片6各構(gòu)件之間均設(shè)有絕緣介質(zhì)層7，即絕緣介質(zhì)層7將所述各構(gòu)件隔開而不接觸，絕緣介質(zhì)層7對(duì)所述各構(gòu)件形成支撐定位而構(gòu)成整體。進(jìn)一步的是所述上部諧振貼片I為高頻諧振貼片，中部諧振貼片2為低頻諧振貼片，或者是上部諧振貼片I為低頻諧振貼片，中部諧振貼片2為高頻諧振貼片；所述高頻諧振貼片外形尺 寸小于低頻諧振貼片外形尺寸，高頻諧振貼片位于低頻諧振貼片的平面范圍之內(nèi)，所述高頻諧振貼片和低頻諧振貼片分別諧振于定位系統(tǒng)的高低兩個(gè)頻段之內(nèi)。與現(xiàn)有技術(shù)比，本實(shí)用新型具有的技術(shù)效果是I、由于饋電探針4上端設(shè)有可引入更多電容的貼片6，貼片6且位于上部諧振貼片I與中部諧振貼片2之間，貼片6與上部諧振貼片I和中部諧振貼片I不接觸，可同時(shí)與高頻諧振貼片和低頻諧振貼片實(shí)現(xiàn)電容性耦合饋電，由于貼片6所引入的電容可以抵消饋電探針本身的電感，因此，有效擴(kuò)展了高低兩個(gè)頻段的帶寬，使之帶寬能夠覆蓋GNSS系統(tǒng)的所有頻段。2、由于饋電探針4上端設(shè)有可引入更多電容的貼片6，并通過電路板5內(nèi)的寬帶移相器等單元的作用，一方面可以擴(kuò)展天線的圓極化帶寬，另一方面避免天線的相位中心隨頻率發(fā)生偏移，可提聞定位精度。本實(shí)用新型具有的其他技術(shù)效果將在具體實(shí)施方式
中進(jìn)一步說明。

圖I為本實(shí)用新型方案的結(jié)構(gòu)示意圖，并確定為摘要附圖；圖2為圖I中的A-A視圖，其絕緣介質(zhì)層7未示出；圖3為電路板5的電路原理圖；圖4為本實(shí)用新型回波損耗隨頻率變化的測(cè)試結(jié)果圖；圖5為本實(shí)用新型軸比隨頻率變化的測(cè)試結(jié)果圖；圖6、圖7、圖8分別為對(duì)應(yīng)于頻率I. 164Ghz、l. 227GHz以及I. 575GHz的歸一化方向測(cè)試結(jié)果圖。
具體實(shí)施方式
參見附圖。本實(shí)用新型包括上部諧振貼片I、中部諧振貼片2，以及位于下部的接地貼片3，還包括至少設(shè)有兩件的饋電探針4，所述上部諧振貼片I與中部諧振貼片2處于同一中心軸線，至少設(shè)有兩件的饋電探針4分別位于接地貼片3和中部諧振貼片2中間部位的通孔內(nèi)，且沿圓周均布，并與上部諧振貼片I和中部諧振貼片2處于同一中心軸線，饋電探針4的下端與具有寬帶移相功分器的電路板5電路連接；所述饋電探針4上端設(shè)置貼片6，貼片6位于上部諧振貼片I與中部諧振貼片2之間，并位于上部諧振貼片I和中部諧振貼片2的平面范圍內(nèi)，貼片6可引入更多電容，可同時(shí)與高頻諧振貼片和低頻諧振貼片實(shí)現(xiàn)電容性耦合饋電；所述接地貼片3、中部諧振貼片2、上部諧振貼片I、饋電探針4及其貼片6各構(gòu)件之間均設(shè)有絕緣介質(zhì)層7，即絕緣介質(zhì)層7將各構(gòu)件隔開而不接觸，絕緣介質(zhì)層7對(duì)所述的各構(gòu)件形成支撐定位而構(gòu)成整體。所述上部諧振貼片I為高頻諧振貼片，中部諧振貼片2為低頻諧振貼片，或者是上部諧振貼片I為低頻諧振貼片，中部諧振貼片2為高頻諧振貼片，所述高頻諧振貼片外形尺寸小于低頻諧振貼片外形尺寸，高頻諧振貼片位于低頻諧振貼片的平面范圍之內(nèi)。所述至少設(shè)有兩件的饋電探針4，沿圓周均布，以獲得良好的圓極化性能；當(dāng)電探針4為兩件時(shí)，其相位相差為180度(饋電探針連接的端口相對(duì)相位可以分別為0度，180 度)，當(dāng)為三件時(shí)，其相位相差為120度，當(dāng)為四件時(shí)，其相位相差為90度，依次類推；通常情況下，饋電探針數(shù)量越多，在保證饋電相位的情況下，圓極化性能越好；實(shí)施中，饋電探針數(shù)量?jī)?yōu)選偶數(shù)，一般不宜超過8件，考慮到制造成本并同時(shí)具有良好的工作性能，饋電探針數(shù)量可優(yōu)先考慮四件(圖2中分別以4a、4b、4c、4d表示)。所述電路板5連接于絕緣介質(zhì)層7的底部，使得結(jié)構(gòu)緊湊、占用空間??；圖3所示的電路原理圖及其功分器單元5a和寬帶移相器單元5b及各元器件的參數(shù)，已為本領(lǐng)域技術(shù)人員所應(yīng)用。所述高頻諧振貼片、低頻諧振貼片、接地貼片3、饋電探針4及其貼片6宜為具有良好傳導(dǎo)性能的金屬材質(zhì)，優(yōu)選銅質(zhì)材料。所述絕緣介質(zhì)層7的材質(zhì)，可采用環(huán)氧或聚四氟乙烯等材料，絕緣材料的損耗角一般宜為0. 01-0. 04量級(jí)；通常情況，絕緣材料損耗角越低，電磁波損耗越小，天線接收效率越聞。所述高頻諧振貼片、低頻諧振貼片、接地貼片3、貼片6優(yōu)選圓盤型結(jié)構(gòu)。所述高頻諧振貼片與低頻諧振貼片的半徑之比，在采用相同材質(zhì)時(shí)宜為1:1.廣I. 3，但不限于。所述饋電探針4上端的貼片6與高頻諧振貼片的半徑之比，在采用相同材質(zhì)時(shí)宜為1:8 12，但不限于。所述饋電探針4與中心軸線之間的距離與高頻諧振貼片的半徑之比，在采用相同材質(zhì)時(shí)宜為1:1. 3 1. 7，但不限于。本實(shí)用新型的實(shí)驗(yàn)實(shí)例上部諧振貼片I為高頻諧振貼片，中部諧振貼片2為低頻諧振貼片，高頻諧振貼片半徑為31. 5毫米，低頻諧振貼片半徑為35毫米，接地貼片半徑為70毫米，貼片6半徑為
3.4毫米，均采用銅質(zhì)材料，饋電探針4的設(shè)置如圖2所示，為四件，即采用四點(diǎn)饋電，饋電探針4距中心軸線的距離為21毫米，饋電探針采用銅質(zhì)材料；絕緣介質(zhì)層7采用聚四氟乙烯板材。上述實(shí)驗(yàn)實(shí)例的主要測(cè)試結(jié)果如下圖4為本實(shí)用新型回波損耗隨頻率變化的測(cè)試結(jié)果圖，圖中虛線表示仿真曲線，實(shí)線表示回波損耗測(cè)試結(jié)果曲線，圖示表明測(cè)試結(jié)果與仿真結(jié)果趨于一致，最終的測(cè)試回波損耗在I. 1-1. 7GHz之間都小于-10dB，說明本實(shí)用新型天線在GNSS系統(tǒng)頻段輻射效率高，即本實(shí)用新型天線帶寬覆蓋GNSS系統(tǒng)工作頻段的效果好。圖5為本實(shí)用新型軸比隨頻率變化的測(cè)試結(jié)果圖，圖中虛線表示仿真曲線，實(shí)線表示軸比測(cè)試結(jié)果曲線，圖示表明軸比小于1.5dB的頻率范圍約為I. 13-1. 31GHz以及I. 55-1. 67GHz，說明本實(shí)用新型天線在GNSS系統(tǒng)工作頻段內(nèi)具有優(yōu)良的圓極化性能；圖6、圖7、圖8分別為對(duì)應(yīng)于頻率I. 164Ghz、l. 227GHz以及I. 575GHz的歸一化方向測(cè)試結(jié)果圖，圖中實(shí)線表示右旋圓極化曲線，虛線表示左旋圓極化曲線，從圖中可以看 出，本實(shí)用新型天線波束較寬，說明本實(shí)用新型天線整體輻射性能好。本說明書中所描述的各種實(shí)施結(jié)構(gòu)和對(duì)本實(shí)用新型技術(shù)方案范圍內(nèi)的其他任何變型結(jié)構(gòu)均屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求1.多模高精度衛(wèi)星導(dǎo)航天線，包括 上部諧振貼片(I); 中部諧振貼片(2)，所述上部諧振貼片(I)與中部諧振貼片(2)處于同一中心軸線； 下部的接地貼片(3); 至少設(shè)有兩件饋電探針(4)，且沿圓周均布，饋電探針(4)分別位于接地貼片(3)和中部諧振貼片(2)中間部位的通孔內(nèi)，并與上部諧振貼片(I)和中部諧振貼片(2)處于同一中心軸線，饋電探針(4)下端與具有寬帶移相功分器的電路板(5)電路連接； 其特征是所述饋電探針(4)上端設(shè)有貼片(6)，貼片(6)位于上部諧振貼片(I)與中部諧振貼片(2)之間，并位于上部諧振貼片(I)和中部諧振貼片(2)的平面范圍內(nèi)； 所述接地貼片(3)、中部諧振貼片(2)、上部諧振貼片(I)、饋電探針(4)及其貼片(6)各構(gòu)件之間均設(shè)有絕緣介質(zhì)層(7)，絕緣介質(zhì)層(7)對(duì)所述各構(gòu)件形成支撐定位而構(gòu)成整體。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的多模高精度衛(wèi)星導(dǎo)航天線，其特征是所述上部諧振貼片(I)為高頻諧振貼片，中部諧振貼片(2)為低頻諧振貼片，所述高頻諧振貼片外形尺寸小于低頻諧振貼片外形尺寸。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的多模高精度衛(wèi)星導(dǎo)航天線，其特征是所述上部諧振貼片(I)為低頻諧振貼片，中部諧振貼片(2)為高頻諧振貼片，所述高頻諧振貼片外形尺寸小于低頻諧振貼片外形尺寸。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的多模高精度衛(wèi)星導(dǎo)航天線，其特征是所述高頻諧振貼片和低頻諧振貼片為圓盤型，高頻諧振貼片與低頻諧振貼片的半徑之比為1:1. n. 3。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的多模高精度衛(wèi)星導(dǎo)航天線，其特征是設(shè)在饋電探針(4)上端的貼片(6)為圓盤型，貼片(6)與高頻諧振貼片的半徑之比為1:8 12。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的多模高精度衛(wèi)星導(dǎo)航天線，其特征是饋電探針(4)與中心軸線之間的距離與所述高頻諧振貼片的半徑之比為1:1. 3^1. 7。
7.按照權(quán)利要求3所述的多模高精度衛(wèi)星導(dǎo)航天線，其特征是 所述高頻諧振貼片和低頻諧振貼片為圓盤型，高頻諧振貼片與低頻諧振貼片的半徑之比為1:1. I I. 3 ； 設(shè)在饋電探針(4)上端的貼片(6)為圓盤型，貼片(6)與高頻諧振貼片的半徑之比為1:8 12 ； 饋電探針(4)與中心軸線之間的距離與所述高頻諧振貼片的半徑之比為1:1. 3^1. 7。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-7的任一一種多模高精度衛(wèi)星導(dǎo)航天線，其特征是電路板(5)連接于絕緣介質(zhì)層(7)的底部。
專利摘要多模高精度衛(wèi)星導(dǎo)航天線。包括上部諧振貼片(1)、中部諧振貼片(2)、下部接地貼片(3)和至少兩件饋電探針(4)，上部諧振貼片與中部諧振貼片處同一中心軸線，饋電探針(4)位于接地貼片和中部諧振貼片中間部位的通孔內(nèi)，沿圓周分布，且與上部諧振貼片和中部諧振貼片處同一中心軸線，饋電探針下端與電路板(5)電路連接；饋電探針(4)上端設(shè)置貼片(6)，貼片(6)位于上部諧振貼片和中部諧振貼片的平面范圍內(nèi)；接地貼片、中部諧振貼片、上部諧振貼片、饋電探針及其貼片各構(gòu)件之間均設(shè)有絕緣介質(zhì)層(7)，絕緣介質(zhì)層對(duì)所述各構(gòu)件形成支撐定位而構(gòu)成整體；帶寬可覆蓋GNSS系統(tǒng)的所有頻段，并具有穩(wěn)定的相位中心。
文檔編號(hào)H01Q1/38GK202503106SQ201220177998
公開日2012年10月24日 申請(qǐng)日期2012年4月25日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月25日
發(fā)明者翟玉濤 申請(qǐng)人:湖南航天電子科技有限公司