一種雙耦合短路加載gnss導航天線的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于衛(wèi)星導航天線技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種雙耦合短路加載GNSS導航天 線。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著衛(wèi)星導航技術(shù)的快速發(fā)展，許多國家都建立了自己的衛(wèi)星導航系統(tǒng)，比如美 國的GPS，俄羅斯的GLONASS，均已廣泛應用。歐洲的Galileo和中國的北斗Compass也已 開通服務(wù)，未來的衛(wèi)星導航系統(tǒng)為了解決單一系統(tǒng)覆蓋盲區(qū)的問題，將會采用多種衛(wèi)星導 航體質(zhì)兼容的模式。采用這種模式的系統(tǒng)被稱為全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)（Global Navigation Satellite System，GNSS)。天線作為衛(wèi)星導航系統(tǒng)至關(guān)重要的組成部分，其直接對導航系 統(tǒng)的性能起著決定性作用。因此，寬帶多模導航天線（GNSS天線）成為了研宄熱點。GNSS所 覆蓋的頻段由兩部分組成，分別是1. 164GHZ-1. 300GHz的低頻段和1. 559GHZ-1. 610GHz的 高頻段，目前常用的GNSS天線常采用兩種方式覆蓋這兩個頻段：覆蓋整個1. lGHz-1. 6GHz 的寬帶導航天線和分別覆蓋這兩個頻段的雙頻導航天線，但是目前為止，已發(fā)表的和以應 用的導航天線無論是那種形式，都存在尺寸過大的問題。
[0003] 目前所發(fā)表和應用的導航天線中，微帶天線相比于其他形式的GNSS天線，體積要 小。這是由于微帶天線有一系列的小型化技術(shù)，包括貼片開槽，高介電常數(shù)介質(zhì)板，短路加 載等方法，這其中短路加載的方法對于微帶天線小型化，效果最明顯。雖然此天線成功的將 短路加載應用于寬帶GNSS天線當中，但是此天線是1. lGHz-1. 6GHz的寬帶天線，對于GNSS 系統(tǒng)，兩個頻段中間的1. 3GHz-l. 5GHz并沒有實際用途，理論上講，小型化天線的尺寸和天 線的性能有直接的關(guān)系，頻段的浪費可以等同于體積的浪費。也就是說，如果能將此寬帶天 線改為雙頻段的導航天線，或者說，發(fā)明一種雙頻短路加載微帶天線，GNSS天線的尺寸有可 能進一步縮小。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于提供一種雙耦合短路加載GNSS導航天線，旨在解決現(xiàn)有的導 航天線存在尺寸過大，僅僅可以實現(xiàn)寬帶無法實現(xiàn)雙頻，影響衛(wèi)星導航技術(shù)發(fā)展的問題。
[0005] 本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的，一種雙耦合短路加載GNSS導航天線，該雙耦合短路加載 GNSS導航天線分上下兩層，下層為四饋電網(wǎng)絡(luò)層，上層為貼片層，貼片層向雙耦合短路加載 GNSS導航天線四角伸出金屬帶層，金屬帶層同第一短路金屬帶耦合，最后短路到下層地板 層，同時第二短路金屬帶層同第一個短路金屬帶相耦合并短路到地板，形成雙短路加載結(jié) 構(gòu)，雙耦合短路加載GNSS導航天線饋電采用兩層的L探針饋電，兩層L探針饋電中間為空 氣介質(zhì)。
[0006] 進一步，該雙耦合短路加載GNSS導航天線采用上下兩部分的形式，天線采用四饋 每個饋電點等幅相位相差90度的形式；采用帶線結(jié)構(gòu)的寬帶移相器，使用雙層一分四帶線 移相器的形式，下層為一個180度移相器，上層為兩個90度移相器，實現(xiàn)輸出端口 2345的 90度相差。
[0007] 進一步，該雙耦合短路加載GNSS導航天線的饋電網(wǎng)絡(luò)介質(zhì)板采用介電常數(shù)4. 4的 微波復合材料，每層高度為2mm，總高度為4mm;下部分饋電網(wǎng)絡(luò)四個輸出端口通過L探針對 上半部分的貼片進行耦合饋電，四個L探針的垂直部分使用直徑1_的金屬銅柱，水平金屬 部分印刷在上層介質(zhì)板的背正面，貼片印刷在上層介質(zhì)板背面。
[0008] 進一步，該雙親合短路加載GNSS導航天線的尺寸為60mm*60mm*18mm。
[0009] 本發(fā)明提供的雙耦合短路加載GNSS導航天線，使用雙耦合短路加載技術(shù)，將原有 的寬帶短路加載GNSS變?yōu)殡p頻短路加載GNSS天線，體積更小的同時性能沒有損失，是一種 非常適合雙頻小型化的應用的導航天線。
【附圖說明】
[0010] 圖1是本發(fā)明實施例提供的雙天線1結(jié)構(gòu)示意圖；
[0011] 圖2是本發(fā)明實施例提供的天線1最大方向增益和L3L5長度關(guān)系示意圖；
[0012] 圖3是本發(fā)明實施例提供的天線1輸入阻抗和L3L5長度關(guān)系示意圖；
[0013] 圖4是本發(fā)明實施例提供的天線2結(jié)構(gòu)圖；
[0014] 圖5是本發(fā)明實施例提供的天線1天線2增益（a)和阻抗實部（b)對比示意圖；
[0015] 圖6是本發(fā)明實施例提供的天線3結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016] 圖7是本發(fā)明實施例提供的天線2天線3增益和阻抗實部對比示意圖；
[0017] 圖8是本發(fā)明實施例提供的天線輻射效率仿真結(jié)果示意圖；
[0018] 圖9是本發(fā)明實施例提供的雙耦合短路加載GNSS導航天線結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019] 圖10是本發(fā)明實施例提供的天線饋電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020] 圖11是本發(fā)明實施例提供的實測和仿真回波損耗示意圖；
[0021] 圖12是本發(fā)明實施例提供的實測和仿真增益圓極化軸比對比示意圖；
[0022] 圖13是本發(fā)明實施例提供的天線仿真輻射效率和仿真和實測軸比方向圖對比示 意圖；
[0023] 圖14是本發(fā)明實施例提供的天線對應三個頻點實測歸一化方向圖。
【具體實施方式】
[0024] 為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合實施例，對本發(fā)明 進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于 限定本發(fā)明。
[0025] 下面結(jié)合附圖及具體實施例對本發(fā)明的應用原理作進一步描述。
[0026] 本發(fā)明實施例的雙耦合短路加載GNSS導航天線一共分五層，下面四層印刷版壓 合在一起組成了帶線結(jié)構(gòu)的饋電網(wǎng)絡(luò)，短路探針和饋電L探針垂直部分使用的是直徑1_ 銅針，上層使用的是厚度為1mm的f4b介質(zhì)板。
[0027] 通過以下的試驗對本發(fā)明的應用效果做進一步的說明：
[0028] 本發(fā)明實施例的該雙耦合短路加載GNSS導航天線分上下兩層，下層為四饋電網(wǎng) 絡(luò)層，上層為貼片層，貼片層向雙耦合短路加載GNSS導航天線四角伸出金屬帶層，金屬帶 層同第一短路金屬帶耦合，最后短路到下層地板層，同時第二短路金屬帶層同第一個短路 金屬帶相耦合并短路到地板，形成雙短路加載結(jié)構(gòu)，雙耦合短路加載GNSS導航天線饋電采 用兩層的L探針饋電，兩層L探針饋電中間為空氣介質(zhì)。
[0029] 為了方便研宄短路加載技術(shù)，本發(fā)明首先設(shè)計了幾種原型天線，研宄過程使用 AnsoftHFSS 13作為仿真軟件；首先是天線1，如圖1所示，這是一種由本人發(fā)明的傳統(tǒng)的 短路加載結(jié)構(gòu)天線【Chao Sun, Huili Zheng, Lingfei Zhang, and Ying Liu, "Wideband Compact Circularly Polarized Patch Antenna Loaded with Shorting Probe, ''Journal ofElectromagnetic Waves andApplications, vol. 28, no. 12, pp. 1512 - 1521，2014.】，從 微帶天線貼片向天線四個角引出四條金屬帶，同短路探針的金屬帶相耦合，并在天線四角 通過短路探針短路到地板；天線1短路結(jié)構(gòu)關(guān)鍵尺寸標注在圖1上，具體尺寸如表1所示； 短路金屬帶傳統(tǒng)的短路加載微帶天線最顯著的特點就是，通過增長短路結(jié)構(gòu)的尺寸（L3和 L5)，天線的帶寬會急劇減小，如圖2的增益曲線所示；并在1. 7GHz出現(xiàn)明顯的陷波；圖3 是此天線天線阻抗曲線同L3和L5的關(guān)系，這張圖可以解釋圖2的增益曲線，可以明顯看 出，在低頻段的第一個諧振點是天線的主諧振點，天現(xiàn)在這個諧振點有良好的輻射性能；第 二個諧振點是寄生諧振點，天線在這個諧振點輻射性能會非常差，形成陷波頻段，之后恢復 正常；我們可以假設(shè)，如果將陷波頻段向上移動至1. 3GHz-l. 5GHz，之后增益在1. 5GHz之后 恢復正常，就可以形成我們所需要的雙頻段天線；但是通過增大L3和L5是不可能實現(xiàn)的， 這是由于，增大L3和L5的尺寸，兩個諧振點以一樣的速度向低頻移動（由圖2圖3可以 看出），兩個諧振點之間的距離沒有減?。怀酥?，第一個諧振點的頻帶寬度也會急劇下 降，輻射性能受很大影響；
[0030] 表1天線1參數(shù)
【主權(quán)項】
1. 一種雙禪合短路加載GNSS導航天線，其特征在于，該雙禪合短路加載GNSS導航天線 分上下兩層，下層為四饋電網(wǎng)絡(luò)層，上層為貼片層，貼片層向雙禪合短路加載GNSS導航天 線四角伸出金屬帶層，金屬帶層同第一短路金屬帶禪合，最后短路到下層地板層，同時第二 短路金屬帶層同第一個短路金屬帶相禪合并短路到地板，形成雙短路加載結(jié)構(gòu)，雙禪合短 路加載GNSS導航天線饋電采用兩層的L探針饋電，兩層L探針饋電中間為空氣介質(zhì)。
2. 如權(quán)利要求1所述的雙禪合短路加載GNSS導航天線，其特征在于，該雙禪合短路加 載GNSS導航天線采用上下兩部分的形式，天線采用四饋每個饋電點等幅相位相差90度的 形式；采用帶線結(jié)構(gòu)的寬帶移相器，使用雙層一分四帶線移相器的形式，下層為一個180度 移相器，上層為兩個90度移相器，實現(xiàn)輸出端口 2345的90度相差。
3. 如權(quán)利要求1所述的雙禪合短路加載GNSS導航天線，其特征在于，該雙禪合短路加 載GNSS導航天線的饋電網(wǎng)絡(luò)介質(zhì)板采用介電常數(shù)4. 4的微波復合材料，每層高度為2mm，總 高度為4mm ;下部分饋電網(wǎng)絡(luò)四個輸出端口通過L探針對上半部分的貼片進行禪合饋電，四 個L探針的垂直部分使用直徑1mm的金屬銅柱，水平金屬部分印刷在上層介質(zhì)板的背正面， 貼片印刷在上層介質(zhì)板背面。
4. 如權(quán)利要求1所述的雙禪合短路加載GNSS導航天線，其特征在于，該雙禪合短路加 載GNSS導航天線的尺寸為60mm*60mm*18mm。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種雙耦合短路加載GNSS導航天線，分上下兩層，下層為四饋電網(wǎng)絡(luò)層，上層為貼片層，貼片層向雙耦合短路加載GNSS導航天線四角伸出金屬帶層，金屬帶層同第一短路金屬帶耦合，最后短路到下層地板層，同時第二短路金屬帶層同第一個短路金屬帶相耦合并短路到地板，形成雙短路加載結(jié)構(gòu)，雙耦合短路加載GNSS導航天線饋電采用兩層的L探針饋電，兩層L探針饋電中間為空氣介質(zhì)。本發(fā)明通過結(jié)構(gòu)改變可以實現(xiàn)雙頻段應用，并使用此新技術(shù)，發(fā)明了一種體積比現(xiàn)有天線更小的GNSS天線。
【IPC分類】H01Q1-38, H01Q5-50, H01Q5-10, H01Q1-50
【公開號】CN104681980
【申請?zhí)枴緾N201510081926
【發(fā)明人】孫超, 鄭會利, 栗曦
【申請人】西安電子科技大學
【公開日】2015年6月3日
【申請日】2015年2月15日