本發(fā)明涉及一種小型化的雙饋點圓極化微帶天線，用于衛(wèi)星導航信號接收。

背景技術：

隨著衛(wèi)星導航技術的不斷發(fā)展，各種移動便捷式衛(wèi)導終端如雨后春筍般出現，衛(wèi)導接收天線作為通信設備中前端部件，對通信質量起著至關重要的作用。而隨著現代衛(wèi)導通信市場的日益發(fā)展，小型化、高穩(wěn)定性的終端產品的需求日益增加，留給天線布設的空間很小，這就需要前端接收天線的尺寸盡可能縮小。

通常衛(wèi)導終端接收天線采用微帶天線的基本形式，其具有剖面低、易共形、結構簡單易實現的優(yōu)點。目前實現天線的小型化常用的方法有提高介質基板的介電常數或者在天線輻射貼片表面開槽等方法。提高介質基板的介電常數可以降低微帶天線的介質波長，達到縮減輻射貼片尺寸的目的，但是較高的介電常數一定程度會增加介質板材的損耗，減小天線的增益，降低輻射效率；而在輻射貼片表面開槽可以增加表面電流的路徑從而縮減貼片的尺寸，但同時會減小天線的工作帶寬，無法滿足系統(tǒng)的使用要求。

國內外高校學者同時還提出加載短路探針加載、電容電感加載等方法，但都是停留在研究仿真階段，并沒有實現工程化。

技術實現要素：

為了克服現有技術的不足，本發(fā)明提供一種加載電磁帶隙結構復合耦合短路探針的電磁結構形式，可有效縮小接收天線的尺寸，同時基本不影響天線的工作帶寬和輻射效率。

本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案是：包括天線單元、饋電板、饋電探針、接地探針和射頻線纜。

所述的天線單元包括依次緊密排列的底層介質基板、中部半固化片和頂層介質基板；

所述的底層介質基板包括依次緊密排列的上層電磁帶隙結構陣列、中部介質基板和下層接地板；上層電磁帶隙結構陣列包括若干個陣列排布的金屬貼片，每個金屬貼片通過一個導通的金屬化通孔和下層接地板相連；

所述的頂層介質基板包括上層輻射貼片和下層無覆銅基材；所述上層輻射貼片包括方形主輻射貼片和矩形寄生輻射貼片，方形主輻射貼片位于下層無覆銅基材上表面的中部，每邊外側平行布設有一個矩形寄生輻射貼片，方形主輻射貼片中心通過一個導通的金屬化通孔貫穿中部半固化片和底層介質基板，連接底層介質板的下層接地板；每個矩形寄生輻射貼片的末端分別通過一個導通的金屬化通孔貫穿中部半固化片和底層介質基板，連接底層介質板的下層接地板；

所述的饋電板包括上層接地板、中部介質基板和下層饋電電路，位于天線單元的下方；所述上層接地板和天線單元底層介質板的下層接地板相連接；饋電板的上層接地板和下層饋電電路通過一個導通的金屬化通孔連接；

所述的饋電板的下層饋電電路通過兩個饋電探針連通頂層介質基板的上層輻射貼片，且饋電探針不與底層介質板的下層接地板以及饋電板的上層接地板連接；所述的饋電板的下層饋電電路通過接地探針連通頂層介質基板的四個寄生輻射貼片末端，所述的射頻線纜連接饋電板的下層饋電電路。

所述下層饋電電路包括50歐姆電阻和正交功分移相器；射頻線纜的內導體焊接到電路輸入端，同正交功分移相器的輸入端連接，外導體焊接到接地板，同上層接地板相連接；所述的50歐姆電阻一端同正交功分移相器的接地端相連，另一端同上層接地板相連；兩個饋電探針的一端分別和正交功分移相器的兩個輸出端相連接，兩個饋電探針的另一端焊接在頂層介質基板的中部主輻射貼片上；五個接地探針的一端連接接地板，五個接地探針的另一端分別連接頂層介質基板的四個寄生輻射貼片和中部主輻射貼片。

本發(fā)明的有益效果是：

第一，通過加載電磁帶隙結構，在天線工作頻帶內會產生抑制該頻段電磁波傳播的阻帶，從而降低電磁波在頂、底層介質基板間傳播的相速度，達到縮減天線尺寸的目的。

第二，通過頂層介質基板的寄生輻射貼片，延長了電流在輻射貼片表面的電長度，天線尺寸進一步縮小。同時由于采用介電常數較低的基材以及正方形的中部主輻射貼片，天線的增益及帶寬并沒有損失。

第三，本發(fā)明一種小型化導航天線結構緊湊、尺寸小、重量輕，性能優(yōu)良，可以滿足各種衛(wèi)導接收終端的使用。

附圖說明

圖1是天線的整體連接圖；

圖2是底層介質基板的的結構示意圖，其中，(a)是俯視圖，(b)是仰視圖；

圖3是金屬貼片單元俯視圖；

圖4是頂層介質基板的上層輻射貼片俯視圖；

圖5是饋電板的結構示意圖，其中，(a)是俯視圖，(b)是仰視圖；

圖6是天線的實測駐波圖；

圖7是中心頻點天線的實測增益圖。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明，本發(fā)明包括但不僅限于下述實施例。

本發(fā)明包括天線單元、饋電板、饋電探針、接地探針和射頻線纜。

所述的天線單元包括底層介質基板、中部半固化片、頂層介質基板。所述的底層介質基板是雙面覆銅的板材，包括上層電磁帶隙結構陣列、中部介質基板和下層接地板。所述的上層電磁帶隙結構陣列由36個“米”字型金屬貼片單元構成，每個金屬貼片單元通過一個導通的金屬化通孔和下層接地板相連，排列成6×6陣列。中間的幾個“米”字型貼片為了避開基板中部的三個通孔裁減了部分外形。所述的中部半固化片是介電常數4.4，厚度0.12mm的介質板材，雙面均不覆銅。所述頂層介質基板是單面覆銅的板材，包括上層輻射貼片和下層無覆銅基材。所述上層輻射貼片由中部方形主輻射貼片和邊緣四個矩形寄生輻射貼片構成，所述中部方形主輻射貼片中心通過一個導通的金屬化通孔貫穿中部半固化片和底層介質基板和底層介質板的下層接地板相連接，另有兩個關于中心通孔對稱的金屬化通孔同樣貫穿中部半固化片和底層介質基板，分別位于中心通孔的下邊和右邊，距離中心通孔2.1mm，但是不與底層介質板的下層接地板相連接，饋電探針從上述三個通孔中穿過。所述四個寄生輻射貼片的末端分別通過一個導通的金屬化通孔貫穿中部半固化片和底層介質基板同底層介質板的下層接地板相連接。

所述的饋電板是雙面覆銅的介質基板，在天線單元的下方，二者通過饋電探針和接地探針焊接在一起。饋電板包括上層接地板、中部介質基板和下層饋電電路。所述上層接地板和天線單元底層介質板的下層接地板相連接。所述饋電電路包括50歐姆電阻、正交功分移相器，分別焊接在下層饋電電路上。饋電板的上層接地板和下層饋電板通過中央一個導通的金屬化通孔和相連接，另有兩個金屬化通孔貫穿饋電板的上下兩層，在上層接地板兩個金屬化通孔外有兩隔離環(huán)，用以將上下兩層金屬相隔離開。

所述的饋電探針是直徑0.8mm的圓柱形金屬針，一端焊接在饋電板的下層饋電電路上，另一端焊接在頂層介質基板的上層輻射貼片上。所述的接地探針是直徑0.8mm的圓柱形金屬針，一端焊接在饋電板的下層饋電電路上，另一端焊接在頂層介質基板的四個寄生輻射貼片末端，所述的射頻線纜焊接在饋電板的下層饋電電路上。

所述的底層介質基板、頂層介質基板通過中部半固化片粘接起來，消除每層基板之間的空氣層，從而使整體結構更加緊湊。

所述的金屬化通孔是孔內壁上鍍覆金屬的通孔，可將金屬化過孔上下連接的金屬覆層導通。

所述底層介質基板的下層接地板有兩隔離環(huán)，用以將頂層介質基板的中央輻射貼片和底層介質基板的下層接地板相隔離開。

如圖1所示，本發(fā)明實施例提供的一種小型化的雙饋點圓極化微帶天線包括天線單元1、饋電板2、饋電探針3、接地探針18和射頻線纜4。

天線單元1由底層介質基板5、中部半固化片9和頂層介質基板10構成。

如圖2所示，底層介質基板5采用雙面覆銅介電常數16，厚度2mm的板材，由上層電磁帶隙結構陣列、中部介質基板和下層接地板6構成。上層電磁帶隙結構陣列由36個金屬貼片單元7組成，每個金屬貼片單元7由四個相同尺寸的矩形組成“米”字形結構(如圖3所示)，中部通過一個導通的金屬化通孔8a和下層接地板6相連接，通過優(yōu)化矩形結構的長、寬邊以及金屬化通孔8a的直徑實現抑制工作頻帶內電磁波在介質板中的傳播。本實例中取四個矩形的長邊a＝3.2mm，短邊b＝0.8mm，金屬化通孔8a的直徑d＝0.2mm。

頂層介質基板10采用單面覆銅介電常數16，厚度2mm的基材，包括上層輻射貼片和下層無覆銅基材，如圖4所示，上層輻射貼片由中部主輻射貼片12和邊緣四個寄生輻射貼片13組成，中部主輻射貼片12有三個相同直徑的導通的金屬化通孔8b，這三個孔均貫穿了中部半固化片9和底層介質基板5。其中位于正中心的金屬化通孔8b用以將中部主輻射貼片12和底層介質基板5的下層接地板6相連接，底層介質基板5的下層接地板6有兩個相同直徑的隔離環(huán)17，用以將另外的兩個金屬化通孔8b和下層接地板6相隔離開。邊緣四個寄生輻射貼片13為四個相同的矩形金屬片，金屬片的末端通過導通的金屬化通孔8b和底層介質基板5的下層接地板6相連接。通過優(yōu)化中部主輻射貼片12的尺寸和四個寄生輻射貼片的尺寸優(yōu)化天線的電性能。本實例中取中部主輻射貼片12為邊長c＝19.5mm的正方形，四個矩形寄生輻射貼片13的長邊L＝11mm，寬邊W＝0.6mm。

中部半固化片9是兩面均不覆銅介電常數4.4，厚度0.12mm介質基材，用以將頂層介質基板10和底層介質基板5相粘接，從而使各層板材之間沒有空氣層，結構更加緊湊。

如圖5所示，饋電板2采用介電常數4.4，厚度0.8mm的介質基材，包括上層接地板14、中部介質基板和下層饋電電路，在下層饋電電路分別焊接50歐姆負載15、正交功分移相器16、兩個饋電探針3、射頻線纜4和五個接地探針18。50歐姆負載15一端同正交功分移相器16的接地端相連，另一端同上層接地板14相連；兩個饋電探針3分別和正交功分移相器16的兩個輸出端相連接，從而實現天線的圓極化特性，兩個饋電探針3的另一端焊接在頂層介質基板10的中部主輻射貼片12上；五個接地探針18另一端分別焊接在頂層介質基板10的四個寄生輻射貼片13上和中部主輻射貼片12；射頻線纜4的內導體焊接到電路輸入端20處，同正交功分移相器16的輸入端相連接，外導體焊接到接地板21位置處，同上層接地板14相連接；饋電板2的上層接地板14和底層介質板5的下層接地板6相緊連接；在饋電板的四邊有四個螺釘孔19用以將小型化的雙饋點圓極化微帶天線固定在衛(wèi)導終端上。

采用本實施方法的小型化雙饋點圓極化微帶天線，可以實現衛(wèi)星信號接收，天線尺寸可以縮小到22mm*22mm，天線單元駐波比在1.5以下的帶寬大于100MHz，同時在地板直徑不大于100mm的基礎上，天線在中心頻點的增益大于4.5dBi。天線性能優(yōu)良，完全可以滿足系統(tǒng)的使用。