本發(fā)明屬于通訊及導(dǎo)航技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種小型化三頻雙圓極化天線。

背景技術(shù)：

目前，可多頻段工作的天線被廣泛使用于如導(dǎo)航系統(tǒng)接收機(jī)、通信電臺(tái)的收發(fā)共用天線、跳頻工作的雷達(dá)和通信設(shè)備以及某些頻率捷變和極化捷變的天線中。圓極化天線更是被廣泛應(yīng)用于衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)接收機(jī)等領(lǐng)域中。隨著衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)的迅猛發(fā)展和廣泛應(yīng)用，人們迫切希望相應(yīng)的天線具備寬波束、高增益、圓極化、多頻點(diǎn)工作、小型化、輕型化等一系列優(yōu)點(diǎn)?，F(xiàn)今，多頻圓極化天線由于主要采用多片法制作，也即利用諧振頻率不同的多個(gè)貼片疊放在同一基板上，通常將較大貼片放于下層而較小貼片疊于上層；同時(shí)，為避免連接各層貼片的饋電探針產(chǎn)生彼此工作干涉狀況，在每個(gè)供饋電探針插入的饋電孔周?chē)夹璀h(huán)繞密布一圈細(xì)小的金屬化過(guò)孔，從而將該圈金屬化過(guò)孔內(nèi)圈處貼片處于隔離狀態(tài)下，進(jìn)而杜絕各饋電探針之間的耦合影響。然而，實(shí)際制作時(shí)人們發(fā)現(xiàn)，由于每層帶有饋電探針的貼片都需要在饋電孔外相應(yīng)布置一圈金屬化過(guò)孔，這使得不僅需要在當(dāng)前層貼片處的饋電孔外圍預(yù)留出供金屬化過(guò)孔穿設(shè)的區(qū)域，同時(shí)最底層的貼片也必須具備足夠的區(qū)域用于容納由上層乃至上上層貼片處層疊貫穿而來(lái)的密密麻麻的金屬化過(guò)孔，這顯然極其不利于目前天線體積的小型化需求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的為克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種結(jié)構(gòu)合理而可靠的可應(yīng)用于北斗手持設(shè)備中的小型化三頻雙圓極化天線，其可在保證良好的阻抗帶寬和軸比帶寬以及高增益性能的同時(shí)，亦可確保天線體積的小型化和輕型化需求。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了以下技術(shù)方案：

一種小型化三頻雙圓極化天線，其特征在于：本天線包括由上而下且依次片狀層疊布置的上層微帶貼片、上層介質(zhì)基板、中層微帶貼片、中層介質(zhì)基板、下層微帶貼片、下層介質(zhì)基板以及底層饋電網(wǎng)絡(luò)；其中，上層微帶貼片與上層介質(zhì)基板構(gòu)成工作于S頻點(diǎn)的上層微帶貼片天線，中層微帶貼片與中層介質(zhì)基板構(gòu)成工作于L頻點(diǎn)的中層微帶貼片天線，下層微帶貼片與下層介質(zhì)基板構(gòu)成工作于B3頻點(diǎn)的下層微帶貼片天線；在上層微帶貼片天線、中層微帶貼片天線、下層微帶天線以及底層饋電網(wǎng)絡(luò)的鉛垂中心線處同軸的設(shè)置有固定通孔，緊固螺栓穿過(guò)上述固定通孔形成螺栓緊固配合；

上層微帶貼片處布置第一饋電點(diǎn)，由第一饋電點(diǎn)處垂直上層微帶貼片所在平面而依次貫穿上層介質(zhì)基板、中層微帶貼片、中層介質(zhì)基板、下層微帶貼片、下層介質(zhì)基板設(shè)置有第一饋電孔，第一饋電孔為金屬化過(guò)孔，第一饋電探針同軸布置于第一饋電孔內(nèi)，第一饋電探針的兩端分別連接第一饋電點(diǎn)和位于底層饋電網(wǎng)絡(luò)處的輸出接口；本天線還包括貫穿中層微帶貼片天線和下層微帶貼片天線的第一短路金屬化過(guò)孔，第一短路金屬化過(guò)孔為三組，第一短路金屬化過(guò)孔與第一饋電孔的軸線均處于以固定通孔軸線為軸心的同一圓柱面上且第一短路金屬化過(guò)孔與第一饋電孔的軸線沿上述圓柱面周向均布；

中層微帶貼片處布置第二饋電點(diǎn)，由第二饋電點(diǎn)處垂直上層微帶貼片所在平面而依次貫穿下層微帶貼片、下層介質(zhì)基板設(shè)置有第二饋電孔，第二饋電孔為金屬化過(guò)孔，第二饋電探針同軸布置于第二饋電孔內(nèi)，第二饋電探針的兩端分別連接第二饋電點(diǎn)和位于底層饋電網(wǎng)絡(luò)處的輸出接口；本天線還包括貫穿下層微帶貼片天線的第二短路金屬化過(guò)孔，第二短路金屬化過(guò)孔為三組，第二短路金屬化過(guò)孔與第二饋電孔的軸線均處于以固定通孔軸線為軸心的同一圓柱面上且第二短路金屬化過(guò)孔與第二饋電孔的軸線沿上述圓柱面周向均布；

下層微帶貼片處布置第三饋電點(diǎn)，第三饋電探針穿過(guò)下層介質(zhì)基板而連接第三饋電點(diǎn)和位于底層饋電網(wǎng)絡(luò)處的輸出接口；

所述第一饋電孔上的位于中層微帶貼片天線以及下層微帶貼片天線的一段孔路與第一饋電探針間設(shè)置有隔離彼此的第一介質(zhì)套，所述第二饋電孔上的位于下層微帶貼片天線的一段孔路與第二饋電探針間設(shè)置有隔離彼此的第二介質(zhì)套；第一短路金屬化過(guò)孔的孔徑等于第一介質(zhì)套外徑；第二短路金屬化過(guò)孔孔徑等于第二介質(zhì)套外徑。

所述上層微帶貼片、上層介質(zhì)基板、中層微帶貼片、中層介質(zhì)基板、下層微帶貼片、下層介質(zhì)基板以及底層饋電網(wǎng)絡(luò)外形均為正方形片板狀構(gòu)造；位于下層微帶貼片天線處的沿固定通孔軸線環(huán)繞分布的各相鄰第一短路金屬化過(guò)孔、第一饋電孔、第二短路金屬化過(guò)孔、第二饋電孔之間彼此間距均等。

所述上層微帶貼片兩相對(duì)角端均設(shè)置切角；所述中層微帶貼片的其中兩對(duì)邊處對(duì)稱(chēng)布置凸設(shè)有矩形微帶枝節(jié)；所述下層微帶貼片的四個(gè)邊處均布置T型縫隙枝節(jié)。

所述底層饋電網(wǎng)絡(luò)包括由上至下依次層疊布置的金屬接地層、底層介質(zhì)基板、環(huán)形微帶線電橋以及布置于環(huán)形微帶線電橋處的輸出接口；所述第一短路金屬化過(guò)孔、第一饋電孔、第二短路金屬化過(guò)孔、第二饋電孔以及固定通孔均貫穿上述金屬接地層以及底層介質(zhì)基板；沿環(huán)形微帶線電橋的四個(gè)直邊環(huán)繞密布有一圈第三金屬化過(guò)孔，所述第三金屬化過(guò)孔的頂端連接金屬接地層。

所述上層介質(zhì)基板的介電常數(shù)為10.2，長(zhǎng)與寬尺寸為22mm×22mm，板體厚度為2mm；中層介質(zhì)基板的介電常數(shù)為10.2，長(zhǎng)與寬尺寸為31mm×31mm，板體厚度為4mm；下層介質(zhì)基板的介電常數(shù)為16，長(zhǎng)與寬尺寸為34mm×34mm，板體厚度為6mm；底層介質(zhì)基板的介電常數(shù)為9，長(zhǎng)與寬尺寸為為35mm×35mm，板體厚度為0.508mm；所述各饋電探針的直徑為0.9mm，第一短路金屬化過(guò)孔和第二短路金屬化過(guò)孔的孔徑為3mm，第一饋電探針距固定通孔軸線間距為3.3mm，第二饋電探針距固定通孔軸線間距為3.5mm～4.3mm，第三饋電探針距固定通孔軸線間距為6mm。

本發(fā)明的有益效果在于：

1)、本發(fā)明通過(guò)由上到下層疊連接的上層微帶貼片天線、中層微帶貼片天線、下層微帶貼片天線和底層饋電網(wǎng)絡(luò)來(lái)組成天線模塊，并以中心處布置的固定螺栓確保了各者間的層疊緊固構(gòu)造。實(shí)際操作時(shí)，上層微帶貼片天線對(duì)應(yīng)于S頻點(diǎn)，中層微帶貼片天線對(duì)應(yīng)于L頻點(diǎn)，而下層微帶貼片天線對(duì)應(yīng)于B3頻點(diǎn)，底層饋電網(wǎng)絡(luò)則提供B3頻點(diǎn)圓極化所需的饋電電路,從而實(shí)現(xiàn)了北斗二代B3頻點(diǎn)和北斗一代L頻點(diǎn)、S頻點(diǎn)的信號(hào)接收功能。本發(fā)明可考采用高介電常數(shù)、低介質(zhì)損耗的陶瓷材料基板來(lái)初步實(shí)現(xiàn)小型化；而與此同時(shí)，利用獨(dú)特的沿固定通孔軸線90°周向分布的三道第一短路金屬化過(guò)孔和三道第二短路金屬化過(guò)孔，從而起到消除相應(yīng)的第一饋電孔和第二饋電孔內(nèi)各饋電探針的耦合影響的功能。相對(duì)傳統(tǒng)必須在每個(gè)饋電孔周?chē)芟蛎懿颊蝗饘倩^(guò)孔的繁復(fù)耦合屏蔽方式而言，本發(fā)明僅采用三組短路金屬化過(guò)孔，即可保證相應(yīng)饋電探針的可靠工作，不僅使得設(shè)備的工作可靠性得到了有效保證，同時(shí)由于金屬化過(guò)孔數(shù)目的減少，使得更少面積的微帶貼片即可保證各金屬化過(guò)孔的鉆設(shè)，這顯然利于目前天線的小型化和輕型化需求。

綜上，本發(fā)明收發(fā)端口隔離度高、各頻段的圓極化增益性能穩(wěn)定；其可在保證良好的阻抗帶寬和軸比帶寬以及高增益性能的同時(shí)，亦可確保天線體積的小型化和輕型化需求，可用于北斗手持設(shè)備衛(wèi)星信號(hào)的接收和發(fā)射。

2)、實(shí)際操作時(shí)，在位于中層微帶貼片天線和下層微帶貼片天線的第一饋電孔和位于下層微帶貼片天線處的第二饋電孔內(nèi)都會(huì)布置介質(zhì)套來(lái)填充相應(yīng)饋電孔與相應(yīng)饋電探針之間的間隙；此時(shí)，可看作是對(duì)應(yīng)的短路金屬化過(guò)孔的孔徑等于相應(yīng)介質(zhì)套的外徑。而位于下層微帶貼片天線處的沿固定通孔軸線環(huán)繞分布的各相鄰第一短路金屬化過(guò)孔、第一饋電孔、第二短路金屬化過(guò)孔、第二饋電孔之間彼此間距均等，這反映在下層介質(zhì)基板處時(shí)，可看出在該介質(zhì)基板板面處呈現(xiàn)均勻分布的八個(gè)圓孔結(jié)構(gòu)。上述間距均等的各孔路，最大程度的降低了各者間的工作干擾性，這對(duì)提升結(jié)構(gòu)的工作可靠性和穩(wěn)定性能起到有利影響。

3)、上層微帶貼片為正方形結(jié)構(gòu)形式，沿其對(duì)角線方向切角，并可考慮在與對(duì)角線夾角45°的直線位置設(shè)置饋電點(diǎn)，從而實(shí)現(xiàn)右旋圓極化工作。中層微帶貼片為正方形結(jié)構(gòu)形式，在其對(duì)稱(chēng)邊緣加載短的微帶枝節(jié)枝節(jié)，并在對(duì)角線上設(shè)置饋電點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)左旋圓極化工作。底層饋電網(wǎng)絡(luò)的介質(zhì)基板采用細(xì)密的第三金屬化過(guò)孔，并使該金屬化過(guò)孔與介質(zhì)基板的上下金屬底相連，起到改善網(wǎng)絡(luò)駐波及幅相分布，從而實(shí)現(xiàn)了饋電網(wǎng)絡(luò)和天線單元的良好隔離目的。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為圖1結(jié)構(gòu)沿上層微帶貼片的片體水平剖分后的俯視圖；

圖3為圖1結(jié)構(gòu)沿中層微帶貼片的片體水平剖分后的俯視圖；

圖4為圖1結(jié)構(gòu)沿下層微帶貼片的片體水平剖分后的俯視圖；

圖5為圖1結(jié)構(gòu)的仰視圖。

附圖中各標(biāo)號(hào)與本發(fā)明的各部件名稱(chēng)對(duì)應(yīng)關(guān)系如下：

a-固定通孔

11-上層微帶貼片 12-上層介質(zhì)基板

10a-第一饋電孔 10b-第一饋電探針 10c-第一短路金屬化過(guò)孔

21-中層微帶貼片 22-中層介質(zhì)基板 23-矩形微帶枝節(jié)

20a-第二饋電孔 20b-第二饋電探針 20c-第二短路金屬化過(guò)孔

31-下層微帶貼片 32-下層介質(zhì)基板 33-T型縫隙枝節(jié)

30a-第三饋電探針

41-金屬接地層 42-底層介質(zhì)基板 43-環(huán)形微帶線電橋

40a-第三金屬化過(guò)孔 50-第一介質(zhì)套 60-第二介質(zhì)套

具體實(shí)施方式

為便于理解，此處結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施結(jié)構(gòu)及工作流程作以下描述：

本發(fā)明的具體結(jié)構(gòu)，如圖1-5所示，其包括層疊貼片天線單元、底層饋電網(wǎng)絡(luò)、多組饋電探針、多組金屬化過(guò)孔和一根用于固定上述天線單元及饋電網(wǎng)絡(luò)的固定螺釘。層疊貼片天線單元包括由上到下依次疊加的上層微帶貼片天線、中層微帶貼片天線和下層微帶貼片天線，且由上到下輻射貼片面積逐步增大，介質(zhì)基板逐步增厚。上層微帶貼片天線包括上層微帶貼片11和上層介質(zhì)基板21，上層微帶貼片11是正方形片狀結(jié)構(gòu)并切對(duì)角。中層微帶貼片天線包括中層微帶貼片21和中層介質(zhì)基板22，中層微帶貼片21是正方形片狀結(jié)構(gòu)并在其中一個(gè)對(duì)邊加載矩形微帶枝節(jié)23。下層微帶貼片天線包括下層微帶貼片31和下層介質(zhì)基板32，下層微帶貼片31是正方形片狀結(jié)構(gòu)并在四邊處加載T型縫隙枝節(jié)33。底層饋電網(wǎng)絡(luò)包括底層介質(zhì)基板42、附屬在底層介質(zhì)基板42上表面處的金屬接地層41、在底層介質(zhì)基板42下表面處的環(huán)形微帶線電橋43以及輸出接口。環(huán)形微帶線電橋43由50Ω分支微帶線、低阻微帶線、高阻微帶線和50歐姆貼片電阻組成。在環(huán)形微帶線電橋43周?chē)贾昧艘蝗?xì)密的第三金屬化過(guò)孔40a，并使各個(gè)第三金屬化過(guò)孔40a鉛垂向上的與金屬接地層41連接，從而提高天線單元和饋電網(wǎng)絡(luò)間的隔離屏蔽效果。饋電探針包括第一饋電探針10b、第二饋電探針20b和第三饋電探針30a。第一饋電探針10b頂端與上層微帶貼片11的饋電點(diǎn)相連，且依次穿過(guò)上層介質(zhì)基板12、中層微帶貼片天線、下層微帶貼片天線和底層饋電網(wǎng)絡(luò)，并與底層饋電網(wǎng)絡(luò)的輸出接口相連；此外，第一饋電探針10b與中層微帶貼片天線、下層微帶貼片天線以及底層饋電網(wǎng)絡(luò)的金屬接地層41和底層介質(zhì)基板42不接觸。第二饋電探針20b頂端與中層微帶貼片21的饋電點(diǎn)相連，且依次穿過(guò)中層介質(zhì)基板22、下層微帶貼片天線和底層饋電網(wǎng)絡(luò)，并與底層饋電網(wǎng)絡(luò)的輸出接口相連；此外，第二饋電探針20b與下層微帶貼片天線以及底層饋電網(wǎng)絡(luò)的金屬接地層41和底層介質(zhì)基板42不接觸。第三饋電探針30a實(shí)際設(shè)置時(shí)為兩根，其頂端與下層微帶貼片31的饋電點(diǎn)相連，且依次穿過(guò)下層介質(zhì)基板32和底層饋電網(wǎng)絡(luò)并與相應(yīng)輸出接口相連。

作為本發(fā)明的重點(diǎn)，如圖2-5所示的，在原有的可供饋電探針穿設(shè)的饋電孔外，本發(fā)明還布置有短路金屬化過(guò)孔。具體而言，對(duì)于供第一饋電探針10b穿設(shè)的第一饋電孔10a，在中層微帶貼片天線和下層微帶貼片天線上同軸貫穿的設(shè)置三組第一短路金屬化過(guò)孔10c，且該三組第一短路金屬化過(guò)孔10c與第一饋電孔10a共同位于以固定通孔a為軸線的同一圓柱面上，同時(shí)三組短路金屬化過(guò)孔與第一饋電孔10a的位于中層微帶貼片天線和下層微帶貼片天線的孔道彼此呈現(xiàn)90度夾角分布，最終保證各者間距的一致性。同理，對(duì)于供第二饋電探針20b穿設(shè)的第二饋電孔20a，同樣在下層微帶貼片天線上同軸貫穿的設(shè)置三組第二短路金屬化過(guò)孔20c，且該三組短路金屬化過(guò)孔與第二饋電孔20a共同位于以固定通孔a為軸線的同一圓柱面上，同時(shí)該三組第二短路金屬化過(guò)孔20c與第二饋電孔20a的位于下層微帶貼片天線處孔道呈現(xiàn)周向90度夾角分布。

所述的固定螺釘在天線單元和底層饋電網(wǎng)絡(luò)的鉛垂中心線位置，其功能在于依次穿過(guò)各層微帶天線和底層饋電網(wǎng)絡(luò)，從而實(shí)現(xiàn)各者間的緊固目的。

本發(fā)明的具體工作原理如下：

本發(fā)明采用由上到下層疊連接的上層微帶貼片天線、中層微帶貼片天線、下層微帶貼片天線和底層饋電網(wǎng)絡(luò)組成天線模塊，采用高介電常數(shù)、低介質(zhì)損耗的陶瓷材料基板實(shí)現(xiàn)小型化，并利用多層微帶貼片天線中心重合的疊加技術(shù)實(shí)現(xiàn)多頻工作，從而有助于提高各輸出端口的隔離度，實(shí)現(xiàn)了北斗二代B3頻點(diǎn)和北斗一代L頻點(diǎn)、S頻點(diǎn)的信號(hào)接收。

上層微帶貼片天線工作于S頻點(diǎn)，采用單點(diǎn)饋電方式。通過(guò)正方形貼片在對(duì)角線上切三角形的形式實(shí)現(xiàn)右旋圓極化，將信號(hào)通過(guò)第一饋電探針10b傳輸?shù)降讓羽侂娋W(wǎng)絡(luò)的輸出接進(jìn)行接收。

中層微帶貼片天線工作于L頻點(diǎn)，采用在對(duì)角線上單點(diǎn)饋電。在正方形貼片的兩對(duì)邊處加載短枝節(jié)實(shí)現(xiàn)左旋圓極化，將信號(hào)由底層饋電網(wǎng)絡(luò)的接口通過(guò)第二饋電探針20b發(fā)射出去。

下層微帶貼片天線工作于B3頻點(diǎn)，下層微帶貼片天線的下層微帶貼片31的四個(gè)邊處加載T型縫隙枝節(jié)，同時(shí)底層介質(zhì)基板42處布置第一短路金屬化過(guò)孔10c和第二短路金屬化過(guò)孔20c，以用于消除饋電探針的耦合影響，有利于天線的進(jìn)一步小型化。底層饋電環(huán)形電橋43提供B3頻點(diǎn)實(shí)現(xiàn)圓極化所需的幅度和相位，并通過(guò)第三饋電探針30a連接到下層微帶貼片31的饋電點(diǎn)處。

本發(fā)明可工作于北斗二代B3頻點(diǎn)和北斗一代L頻點(diǎn)、S頻點(diǎn)。實(shí)際應(yīng)用時(shí)，優(yōu)選上層介質(zhì)基板21的介電常數(shù)為10.2，長(zhǎng)與寬尺寸為22mm×22mm，板體厚度為2mm；中層介質(zhì)基板22的介電常數(shù)為10.2，長(zhǎng)與寬尺寸為31mm×31mm，板體厚度為4mm；下層介質(zhì)基板32的介電常數(shù)為16，長(zhǎng)與寬尺寸為34mm×34mm，板體厚度為6mm；底層介質(zhì)基板42的介電常數(shù)為9，長(zhǎng)與寬尺寸為為35mm×35mm，板體厚度為0.508mm。所采用的饋電探針的直徑為0.9mm，第一短路金屬化過(guò)孔10c和第二短路金屬化過(guò)孔20c的孔徑為3mm，第一饋電探針10b距固定通孔a軸線間距為3.3mm，第二饋電探針20b距固定通孔a軸線間距為3.5mm～4.3mm，第三饋電探針30a距固定通孔a軸線間距為6mm。第一饋電點(diǎn)與固定通孔a軸線的連線同第一短路金屬化過(guò)孔10c與固定通孔a軸線的連線彼此垂直，同理，第二饋電點(diǎn)與固定通孔a軸線的連線同第二短路金屬化過(guò)孔20c與固定通孔a軸線的連線彼此垂直。在平行固定通孔a軸線的方向上作俯視，優(yōu)選第二饋電孔20a與固定通孔a軸線的連線同第一饋電孔10a與固定通孔a軸線的連線呈現(xiàn)45°夾角。