兼容北斗和gps功能的五頻段用戶機天線的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種兼容北斗和GPS功能的五頻段用戶機天線，用于解決多頻段天線層間隔離度差的問題。其包括北斗一號S頻段貼片天線(2)及L頻段貼片天線(3)、北斗二號B1頻段貼片天線(4)及B3頻段貼片天線(5)、饋電網(wǎng)絡板(6)、底板(7)和饋電探針(8)。B1頻段貼片天線(4)和B3頻段貼片天線(5)中心附近設有隔離環(huán),L頻段貼片天線(3)饋電網(wǎng)絡的輸入端設有U形支節(jié),四個貼片天線(2)、(3)、(4)和(5)按照工作頻率由高到低、自上而下依次排列；饋電網(wǎng)絡板(6)固定在該結構下端；饋電探針(8)上下端分別與其對應的貼片和饋電網(wǎng)絡相連。本發(fā)明能兼容北斗和GPS的功能，適用于車載、船載導航設備。
【專利說明】兼容北斗和GPS功能的五頻段用戶機天線

【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于天線【技術領域】，具體涉及一種能夠兼容北斗一號S頻段、L頻段和北斗二號BI頻段、B3頻段以及GPSLl頻段功能的五頻段雙圓極化收發(fā)同時工作的用戶機天線，適用于車載、船載等導航設備。

【背景技術】
[0002]衛(wèi)星導航系統(tǒng)能夠全天候地連續(xù)為全球陸、海、空、天的各種民用和其它載體提供高精度三維位置、速度和精密時間信息。目前國外的衛(wèi)星導航系統(tǒng)，主要有美國的GPS，俄羅斯的GL0NASS，歐洲的Galileo。從2003年起，我國相繼研制成功了擁有自主知識產(chǎn)權的北斗一號和北斗二號衛(wèi)星導航系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)在局部地區(qū)提供與GPS相當?shù)木珳识ㄎ灰约熬葹?0納秒的授時，還能提供一次傳送120個漢字的短報文通信信息，其中北斗一號L頻段和S頻段具有收發(fā)功能，北斗二號B1、B2和B3頻段具有定位和授時功能。
[0003]天線是衛(wèi)星導航系統(tǒng)地面接收機的重要的組成部分，在一定程度上決定著衛(wèi)星導航系統(tǒng)的性能。為了充分發(fā)揮北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)的作用和滿足用戶更高層次的需求，需要設計一種能夠把北斗一號和北斗二號以及GPS系統(tǒng)LI頻段的功能兼容組合在一個天線中的多頻段用戶機天線，特別是將北斗一號的S頻段、L頻段與北斗二號BI頻段兼容GPS系統(tǒng)LI頻段、B3頻段集成在一個天線模塊中。目前，國內(nèi)外已經(jīng)研制出了一些多頻段用戶機天線，如美國的GPS系統(tǒng)的用戶機天線，除了有1575MHz單頻LI用戶機天線，還有21276MHz雙頻L1/L和1176MHz三頻寬帶L1/L2/L5用戶機天線，但這些都工作在L頻段，且均為右旋圓極化接收天線，對隔離度和低仰角性能沒有要求。又如中國專利申請“一種衛(wèi)星定位天線裝置”，(公布號CN 103280633A、公布日:2013.09.04)公開了一種三層相同規(guī)格微帶天線介質(zhì)板組成的B3/B1/L/S四頻圓極化衛(wèi)星定位天線裝置，這種天線裝置的BI頻段和L頻段通過電橋?qū)崿F(xiàn)圓極化，通過不同介電常數(shù)而直徑相等的介質(zhì)板層疊，以及底座帶有的環(huán)形反射擋板的方式，以提高天線的隔離度和低仰角增益。但這些技術均存在兼容性和隔離度性能較差的缺陷，難以滿足用戶對兼容北斗四個頻段及GPS系統(tǒng)LI頻段的要求。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提出一種兼容北斗和GPS功能的五頻段用戶機天線，以克服上述已有多頻段天線存在的缺陷，解決多頻段天線隔離度性能差而導致的層間互耦大的問題。
[0005]為實現(xiàn)以上目的，本發(fā)明包括:北斗一號S頻段貼片天線2及L頻段貼片天線3、北斗二號BI頻段兼容GPS LI頻段貼片天線4及B3頻段貼片天線5、饋電網(wǎng)絡板6、底板7和饋電探針8，所述四個貼片天線2、3、4和5按照工作頻率由高到低、自上而下依次排列，形成共軸層疊結構；所述饋電網(wǎng)絡板6固定在該共軸層疊結構的下端；所述四個貼片天線的貼片通過饋電探針8與饋電網(wǎng)絡連接，其特征在于:所述BI頻段兼容GPS LI頻段貼片天線4和B3頻段貼片天線5的中心附近分別設置有隔離環(huán)；所述L頻段貼片天線3的饋電網(wǎng)絡的輸入端設置有I形支節(jié)，用于抑制該貼片天線的諧波。
[0006]作為優(yōu)選，北斗一號3頻段貼片天線2，采用微帶結構，該3頻段貼片天線的基板21上印制有邊長為121的正方形貼片22，所述貼片的中間設置有用于阻抗匹配I型孔26及微帶線27，正方形貼片的對角帶有切角23，四周帶有徑向帶線25 ；所述徑向帶線位于其所在邊的中間位置，其長度122 = 121/3。
[0007]作為優(yōu)選，北斗一號I頻段貼片天線3采用微帶結構，該I頻段貼片天線的基板31上印制有邊長為131的正方形貼片32，所述正方形貼片的對角帶有切角33，四周帶有徑向帶線36，所述徑向帶線36位于其所在邊的中間位置，長度[32 = 131/3 ；所述I頻段貼片天線3的中心設有第一探針孔35。
[0008]作為優(yōu)選，北斗二號81頻段貼片天線4采用微帶結構，該81頻段貼片天線的基板41上，印制有對角帶有切角43、邊長為141的正方形貼片42 ；所述81頻段貼片天線的中心設有第二探針孔47 ；以該探針孔為圓心設置有隔離環(huán)，用于提高I頻段發(fā)射天線與81頻段接收天線之間的隔離度；所述81頻段貼片天線4上設有第三探針孔46。
[0009]作為優(yōu)選，北斗二號83頻段貼片天線5采用微帶結構，該83頻段貼片天線的基板50上印制有四周帶有徑向帶線52、邊長為151的正方形貼片51，所述徑向帶線位于其所在邊的中間位置，長度[52 = 151/3 ；所述83頻段貼片天線5上設有第四探針孔56、第五探針孔55和第六探針孔57。
[0010]作為優(yōu)選，四個貼片天線的貼片邊長滿足151 ? 141 ? 131 ? 121。
[0011]作為優(yōu)選，所述四個貼片天線2、3、4和5，其工作頻率低的天線兼作工作頻率高的天線的反射板，即I頻段貼片天線3兼作3頻段貼片天線2的反射板；81頻段貼片天線4兼作I頻段貼片天線3的反射板；83頻段貼片天線5兼作81頻段貼片天線4的反射板。
[0012]作為優(yōu)選，底板7的腔體中設置有四個同軸插座，分別為第一同軸插座71、第二同軸插座72、第三同軸插座73和第四同軸插座74。
[0013]作為優(yōu)選，所述饋電網(wǎng)絡板6兼作83頻段貼片天線5的反射板，該饋電網(wǎng)絡板6的下面印制有四個饋電網(wǎng)絡，其中饋電網(wǎng)絡61的輸出端設有阻抗變換段614，輸入端設有I形支節(jié)612，饋電網(wǎng)絡63通過兩個功分臂和隔離電阻構成微帶功分器，所述四個饋電網(wǎng)絡以外的金屬部分通過若干個金屬化過孔64與上表面66短路連接，這四個饋電網(wǎng)絡的輸入端分別與其對應的同軸插座相連。
[0014]作為優(yōu)選，所述饋電探針8采用直徑為1111111的五個銅質(zhì)材料制成，該五個探針安裝在所述四個貼片天線2、3、4和5及所述饋電網(wǎng)絡板6組成疊層結構上，其上端和下端分別與各自對應的貼片和饋電網(wǎng)絡相連。
[0015]本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比，具有如下優(yōu)點:
[0016]1、本發(fā)明由于采用將不同厚度和介電常數(shù)的四個貼片天線設置為按照工作頻率由高到低、自上而下依次排列的共軸層疊技術，同時采用高介電常數(shù)基板和不同頻段天線貼片的形狀各異的分形技術，以及低頻天線兼作為高頻天線的反射板、饋電網(wǎng)絡板兼作83頻段貼片天線反射板的復用技術，在保證天線整體結構緊湊的同時，能夠有效拓展各天線的帶寬，滿足更多用戶需求。
[0017]2、本發(fā)明由于采用在81頻段和83頻段的天線中心設置16個環(huán)狀分布的金屬化過孔的短路技術，能夠提高81頻段和83頻段與I頻段天線之間的隔離度，同時由于采用在饋電網(wǎng)絡層上設置有若干個金屬化過孔的技術，進一步提高了各饋電端口之間的隔離度，減小了天線工作時不同頻段之間的相互干擾。
[0018]3、本發(fā)明由于采用了 S頻段探針沿電場為零的貼片中心的饋電方式，減小了對其他頻段貼片的影響；同時由于采用了雙饋技術，展寬了 B3頻段貼片天線的阻抗及軸比帶寬。
[0019]4、本發(fā)明由于將四個貼片天線融合到一個用戶機天線機體上，使得該用戶機天線能夠?qū)崿F(xiàn)兼容五個頻段雙極化，且可以收發(fā)同時工作的功能，有效拓展了其使用范圍。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1是本發(fā)明的整體結構示意圖；
[0021]圖2是本發(fā)明中的S頻段貼片天線結構示意圖；
[0022]圖3是本發(fā)明中的L頻段貼片天線結構示意圖；
[0023]圖4是本發(fā)明中的BI頻段貼片天線結構示意圖；
[0024]圖5是本發(fā)明中的B3頻段貼片天線結構示意圖；
[0025]圖6是本發(fā)明中的饋電網(wǎng)絡板結構示意圖；
[0026]圖7是本發(fā)明中的底板結構示意圖；
[0027]圖8是本發(fā)明中的饋電探針連接示意圖。

【具體實施方式】
:
[0028]為了使本發(fā)明的目的、技術方案和優(yōu)點更加清晰明了，以下結合附圖和具體實施例，對本發(fā)明作進一步詳細描述。
[0029]參照圖1，本實例包括:北斗一號S頻段貼片天線2及L頻段貼片天線3、北斗二號BI頻段兼容GPS LI頻段貼片天線4及B3頻段貼片天線5、饋電網(wǎng)絡板6、底板7和饋電探針8，其中北斗一號S頻段貼片天線2設置在最上層，往下依次為北斗一號L頻段貼片天線
3、北斗二號BI頻段兼容GPS LI頻段貼片天線4、B3頻段貼片天線5和饋電網(wǎng)絡板6，這四個貼片天線和饋電網(wǎng)絡板6形成共軸層疊結構；饋電探針8安裝在該共軸層疊結構上，其上下端分別與各自對應的貼片天線的貼片和饋電網(wǎng)絡輸出端相連；底板7設置在天線整體的底部，并與天線整體通過螺栓連接固定，其腔體中的同軸插座分別與各自對應的饋電網(wǎng)絡輸入端相連，形成具有四個天線端口，兼容五個頻段的用戶機天線。天線罩I設置在天線整體的頂部，通過螺栓與底板7連接固定。
[0030]參照圖2，北斗一號S頻段貼片天線2，采用微帶結構，該S頻段貼片天線的基板21的厚度hi為3mm、介電常數(shù)ε rl為6，其上印制有邊長為L21的正方形貼片22，該貼片的中間設置有用于阻抗匹配U型孔26及微帶線27，正方形貼片的對角帶有切角23，該切角的深度為1.5_，用于形成圓極化，貼片的四周帶有徑向帶線25 ;該徑向帶線位于其所在邊的中間位置，長度L22 = L21/3、寬度為1_。
[0031]參照圖3，北斗一號L頻段貼片天線3，采用微帶結構，該L頻段貼片天線的基板31的厚度h2為3mm,介電常數(shù)為ε r2為6,其上印制有邊長為L31的正方形貼片32,該正方形貼片的對角帶有切角33，切角的深度為2.5_，用于形成圓極化，貼片的四周帶有徑向帶線36，該徑向帶線36位于其所在邊的中間位置，長度L32 = L31/3，寬L33為2mm ;所述L頻段貼片天線3的中心設有第一探針孔35。
[0032]參照圖4，北斗二號81頻段貼片天線4，采用微帶結構，該81頻段貼片天線的基板41上，印制有對角帶有切角43、邊長為141的正方形貼片42 ；所述81頻段貼片天線的中心設有第二探針孔47，以該探針孔為圓心，設置有16個均勻分布的金屬化過孔45形成的隔離環(huán)，用于將該81頻段貼片天線4和它的反射板形成短路，提高I頻段發(fā)射天線與81頻段接收天線之間的隔離度，所述金屬化過孔的周向間距? 入/60, X為3頻段導波波長；所述81頻段貼片天線4上還設有第三探針孔46，該第三探針孔46到第二探針孔47距離143為5臟。
[0033]所述北斗二號81頻段貼片天線4，兼容即3系統(tǒng)的11頻段，即該貼片天線包含二個頻段，可以同時接收北斗二號81頻段和即3系統(tǒng)的11頻段。
[0034]參照圖5的正視圖5(幻和側視圖5(4，所述北斗二號83頻段貼片天線5，采用微帶結構，該83頻段天線的基板50的厚度卜43為3.5111111，介電常數(shù)8 為2.6 ；其上面印制有四周帶有徑向帶線52、邊長為151的正方形貼片51，所述徑向帶線53位于其所在邊的中間位置，長度[52 = 151/3，寬為[53為3臟；所述83頻段天線中心設有第四探針孔56，以該探針孔為圓心，設置有16個周向間距? 入/50分布的金屬化過孔54形成的隔離環(huán)，將該貼片天線5和它的反射板形成短路，用于提高I頻段發(fā)射天線與83頻段接收天線之間的隔離度八為3頻段導波波長；在距離第四探針孔56為[54等于4臟和[55等于12臟處，分別設有第五探針孔55和第六探針孔57，且這兩個探針孔呈正交布置。
[0035]結合圖2、圖3、圖4、圖5⑷和圖5⑶，所述四個貼片天線2、3、4和5的貼片邊長滿足151 ? 141 ? 131 ? 121，其工作頻率低的天線兼作工作頻率高的天線的反射板，即I頻段貼片天線3兼作3頻段貼片天線2的反射板；81頻段貼片天線4兼作I頻段貼片天線3的反射板；83頻段貼片天線5兼作81頻段貼片天線4的反射板。
[0036]參照圖6的正視圖6⑷和側視圖6⑶，所述饋電網(wǎng)絡板6的基板厚度…為1臟，介電常數(shù)8 為2.6 ；該饋電網(wǎng)絡板的下面印制有3頻段，I頻段，81頻段和83頻段貼片天線的饋電網(wǎng)絡60、61、62和63 ；饋電網(wǎng)絡以外的金屬部分，通過若干個金屬化過孔64與上表面66短路連接，用于提高各饋電端口之間的隔離度；該饋電網(wǎng)絡板兼作83頻段貼片天線5的反射板，可以進一步減小該用戶機天線的體積。
[0037]所述饋電網(wǎng)絡61中的微帶線613的輸出端設有阻抗變換段614，輸入端611設有用于抑制I頻段貼片天線3諧波的V形支節(jié)612。
[0038]所述饋電網(wǎng)絡63中的微帶線631，通過第一功分臂632、第二功分臂636和隔離電阻634構成微帶11讓1！18011功分器，其中第二功分臂636比另第一功分臂632路徑長\ /4,實現(xiàn)90。相差，其中\(zhòng)為導波波長。
[0039]參照圖7，所述底板7的腔體中設有四個同軸插座，分別為第一同軸插座71、第二同軸插座72、第三同軸插座73和第四同軸插座74，這四個同軸插座分別與其對應的饋電網(wǎng)絡的輸入端相連，其中第一同軸插座71與饋電網(wǎng)絡61的輸入端611相連,第二同軸插座72與饋電網(wǎng)絡63的輸入端633相連、第三同軸插座73與饋電網(wǎng)絡60的輸入端601相連，第四同軸插座74與饋電網(wǎng)絡62的輸入端621相連。
[0040]參照圖8，所述饋電探針8，采用直徑為的五個銅質(zhì)材料制成，該五個探針安裝在所述四個貼片天線2、3、4和5及所述饋電網(wǎng)絡板6組成疊層結構上，其上端和下端分別與各自對應的貼片和饋電網(wǎng)絡相連，其中:
[0041]所述饋電探針8的上端分別與各自對應的貼片相連，用于給該帖片饋電，即第一饋電探針80上端依次穿過第四探針孔56、第二探針孔47和第一探針孔35，穿出基板21，與S頻段貼片天線的貼片22相連，連接點24 ;第二饋電探針81上端依次穿過第五探針孔55和第三探針孔46，穿出基板31，與L頻段貼片天線的貼片32相連，連接點34 ;第三饋電探針82上端穿過第六探針孔57，穿出基板41，與BI頻段貼片天線的貼片42相連，連接點44 ;第四饋電探針83和第五饋電探針84上端穿出基板51，與S頻段貼片天線的貼片58相連，連接點分別為53和59。
[0042]所述饋電探針8的下端分別與各自對應的饋電網(wǎng)絡的輸出端相連，即第一饋電探針80的下端與饋電網(wǎng)絡60中的微帶線602的輸出端與對應相連，連接點為603 ;第二饋電探針81的下端與饋電網(wǎng)絡61中的微帶線613的輸出端相連，連接點為615 ;第三饋電探針82的下端與饋電網(wǎng)絡62中的微帶線622的輸出端相連，連接點為623 ;第四饋電探針83和第五饋電探針84的下端，分別與饋電網(wǎng)絡63中的微帶線631的第一功分臂632、第二功分臂636的輸出端相連，連接點分別為635和637。
[0043]以上描述僅是本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例，在本發(fā)明精神范圍內(nèi)所作的任何改動和變化，都在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【權利要求】
1.一種兼容北斗和GPS功能的五頻段用戶機天線，包括北斗一號S頻段貼片天線(2)及L頻段貼片天線(3)、北斗二號B1頻段兼容GPS L1頻段貼片天線(4)及B3頻段貼片天線(5)、饋電網(wǎng)絡板(6)、底板(7)和饋電探針(8)，所述四個貼片天線(2)、(3)、(4)和(5)按照工作頻率由高到低、自上而下依次排列，形成共軸層疊結構；所述饋電網(wǎng)絡板(6)固定在該共軸層疊結構的下端；所述四個貼片天線的貼片通過饋電探針(8)與饋電網(wǎng)絡連接，其特征在于:所述B1頻段兼容GPS L1頻段貼片天線(4)和B3頻段貼片天線(5)的中心附近分別設置有隔離環(huán)；所述L頻段貼片天線(3)的饋電網(wǎng)絡的輸入端設置有U形支節(jié)，用于抑制該貼片天線的諧波。
2.根據(jù)權利要求1所述的兼容北斗和GPS功能的五頻段用戶機天線，其特征在于:所述北斗一號S頻段貼片天線(2)，采用微帶結構，該S頻段貼片天線的基板(21)上印制有邊長為L21的正方形貼片(22)，所述貼片的中間設置有用于阻抗匹配U型孔(26)及微帶線(27)，正方形貼片的對角帶有切角(23)，四周帶有徑向帶線(25);所述徑向帶線位于其所在邊的中間位置，其長度L22 = L21/3。
3.根據(jù)權利要求1所述的兼容北斗和GPS功能的五頻段用戶機天線，其特征在于:所述北斗一號L頻段貼片天線(3)采用微帶結構，該L頻段貼片天線的基板(31)上印制有邊長為L31的正方形貼片(32)，所述正方形貼片的對角帶有切角(33)，四周帶有徑向帶線(36)，所述徑向帶線(36)位于其所在邊的中間位置，長度L32 = L31/3 ;所述L頻段貼片天線(3)的中心設有第一探針孔(35)。
4.根據(jù)權利要求1所述的兼容北斗和GPS功能的五頻段用戶機天線，其特征在于:所述北斗二號B1頻段貼片天線(4)采用微帶結構，該B1頻段貼片天線的基板(41)上，印制有對角帶有切角(43)、邊長為L41的正方形貼片(42);所述B1頻段貼片天線的中心設有第二探針孔(47);以該探針孔為圓心設置有隔離環(huán)，用于提高L頻段發(fā)射天線與B1頻段接收天線之間的隔離度；所述B1頻段貼片天線(4)上設有第三探針孔(46)。
5.根據(jù)權利要求1所述的兼容北斗和GPS功能的五頻段用戶機天線，其特征在于:所述北斗二號B3頻段貼片天線(5)采用微帶結構，該B3頻段貼片天線的基板(50)上印制有四周帶有徑向帶線(52)、邊長為L51的正方形貼片(51)，所述徑向帶線位于其所在邊的中間位置，長度L52 = L51/3 ;所述B3頻段貼片天線(5)上設有第四探針孔(56)、第五探針孔(55)和第六探針孔(57)。
6.根據(jù)權利要求2或3或4或5所述的兼容北斗和GPS功能的五頻段用戶機天線，其特征在于:所述四個貼片天線的貼片邊長滿足L51 > L41 > L31 > L21。
7.根據(jù)權利要求1所述的兼容北斗和GPS功能的五頻段用戶機天線，其特征在于:所述四個貼片天線2、3、4和5，其工作頻率低的天線兼作工作頻率高的天線的反射板，即L頻段貼片天線(3)兼作S頻段貼片天線(2)的反射板；B1頻段貼片天線(4)兼作L頻段貼片天線(3)的反射板；B3頻段貼片天線(5)兼作B1頻段貼片天線(4)的反射板。
8.根據(jù)權利要求1所述的兼容北斗和GPS功能的五頻段用戶機天線，其特征在于:底板(7)的腔體中設有四個同軸插座，分別為第一同軸插座(71)、第二同軸插座(72)、第三同軸插座(73)和第四同軸插座(74)。
9.根據(jù)權利要求1所述的兼容北斗和GPS功能的五頻段用戶機天線，其特征在于，所述饋電網(wǎng)絡板(6)兼作B3頻段貼片天線(5)的反射板，該饋電網(wǎng)絡板(6)的下面印制有四個饋電網(wǎng)絡，其中饋電網(wǎng)絡￠1)的輸出端設有阻抗變換段￠14)，輸入端設有U形支節(jié)(612)，饋電網(wǎng)絡(63)通過兩個功分臂和隔離電阻構成微帶Wilkinson功分器；所述四個饋電網(wǎng)絡以外的金屬部分通過若干個金屬化過孔￠4)與上表面￠6)短路連接，這四個饋電網(wǎng)絡的輸入端分別與底板(7)腔體中的對應同軸插座相連。
10.根據(jù)權利要求1所述的兼容北斗和GPS功能的五頻段用戶機天線，其特征在于，所述饋電探針(8)采用直徑為1mm的五個銅質(zhì)材料制成，該五個探針安裝在所述四個貼片天線(2)、(3)、(4)和(5)及所述饋電網(wǎng)絡板(6)組成疊層結構上，其上端和下端分別與各自對應的貼片和饋電網(wǎng)絡相連。
【文檔編號】H01Q1/52GK104319467SQ201410543032
【公開日】2015年1月28日 申請日期:2014年10月14日 優(yōu)先權日:2014年10月14日
【發(fā)明者】趙玉軍, 謝超, 尚勇強, 馬威, 寧惠珍, 張培團 申請人:陜西海通天線有限責任公司