本發(fā)明屬于通訊及導(dǎo)航技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種多頻導(dǎo)航終端天線。

背景技術(shù)：

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)是我國自主研發(fā)的全球衛(wèi)星導(dǎo)航和通訊系統(tǒng)，與美國的GPS、俄羅斯的GLONASS、歐洲的伽利略系統(tǒng)并稱為全球四大衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。隨著北斗導(dǎo)航系統(tǒng)的逐步完善和廣泛應(yīng)用，其終端天線的研究也愈來愈廣泛和深入。目前的導(dǎo)航終端天線主要存在不易于終端設(shè)備集成，或者頻帶較窄、多個工作頻點不能兼顧，乃至多頻帶端口隔離度較差等技術(shù)問題。有鑒于此，現(xiàn)今多頻圓極化天線采用多片法制作，也即利用諧振頻率不同的多個貼片疊放在同一基板上，通常將較大貼片放于第三層而較小貼片疊于第二層，從而保證整體結(jié)構(gòu)的緊湊性；同時，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，在每個供饋電探針插入的饋電孔周圍都需環(huán)繞密布一圈細(xì)小的金屬化過孔，從而將該圈金屬化過孔內(nèi)圈處貼片處于隔離狀態(tài)下，進而杜絕各饋電探針之間的耦合影響。然而，實際制作時人們發(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)留出供金屬化過孔穿設(shè)的區(qū)域，同時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的密密麻麻的金屬化過孔，這只能通過增大最底層的貼片面積來保證，顯然極其不利于目前天線體積的小型化需求。

技術(shù)實現(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)合理而可靠的可覆蓋北斗一代的L頻段和S頻段，北斗二代的B1、B3頻段以及GPS L1頻段的多頻導(dǎo)航終端天線，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，亦可確保天線體積的小型化和輕型化需求。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了以下技術(shù)方案：

一種多頻導(dǎo)航終端天線，其特征在于：本天線包括由上而下且依次片狀層疊布置的第一層微帶貼片、第一層介質(zhì)基板、第二層微帶貼片、第二層介質(zhì)基板、第三層微帶貼片、第三層介質(zhì)基板、第四層微帶貼片、第四層介質(zhì)基板以及底層饋電網(wǎng)絡(luò)；其中，第一層微帶貼片與第一層介質(zhì)基板構(gòu)成工作于S頻點的第一層微帶天線，第二層微帶貼片與第二層介質(zhì)基板構(gòu)成工作于L頻點的第二層微帶天線，第三層微帶貼片與第三層介質(zhì)基板構(gòu)成工作于B3頻點的第三層微帶天線，第四層微帶貼片與第四層介質(zhì)基板構(gòu)成工作于B1及L1頻點的第四層微帶天線；

第一層微帶貼片的中心處布置頂層饋電點，由頂層饋電點處垂直第一層微帶貼片所在平面而依次貫穿第一層介質(zhì)基板、第二層微帶貼片、第二層介質(zhì)基板、第三層微帶貼片、第三層介質(zhì)基板、第四層微帶貼片、第四層介質(zhì)基板設(shè)置有中心饋電孔，中心饋電孔為金屬化過孔，中心饋電探針同軸布置于中心饋電孔內(nèi)，中心饋電探針的兩端分別連接中心饋電點和位于底層饋電網(wǎng)絡(luò)處的輸出接口；

第二層微帶貼片處布置第一饋電點，由第一饋電點處垂直第二層微帶貼片所在平面而依次貫穿第二層介質(zhì)基板、第三層微帶貼片、第三層介質(zhì)基板、第四層微帶貼片、第四層介質(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；本天線還包括貫穿第三層微帶天線和第四層微帶天線的第一短路金屬化過孔，第一短路金屬化過孔為三組，第一短路金屬化過孔與第一饋電孔的軸線均處于以中心饋電孔軸線為軸心的同一圓柱面上且第一短路金屬化過孔與第一饋電孔的軸線沿上述圓柱面周向均布；

第三層微帶貼片處布置第二饋電點，由第二饋電點處垂直第三層微帶貼片所在平面而依次貫穿第三層介質(zhì)基板、第四層微帶貼片以及第四層介質(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；本天線還包括貫穿第四層微帶天線的第二短路金屬化過孔，第二短路金屬化過孔為三組，第二短路金屬化過孔與第二饋電孔的軸線均處于以中心饋電孔軸線為軸心的同一圓柱面上且第二短路金屬化過孔與第二饋電孔的軸線沿上述圓柱面周向均布；

第四層微帶貼片處布置第三饋電點，第三饋電探針穿過第四層介質(zhì)基板而連接第三饋電點和位于底層饋電網(wǎng)絡(luò)處的輸出接口；

所述第一饋電孔上的位于第三層微帶天線以及第四層微帶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第四層微帶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；第一短路金屬化過孔的孔徑等于第一介質(zhì)套外徑；第二短路金屬化過孔孔徑等于第二介質(zhì)套外徑。

所述第一層微帶貼片、第一層介質(zhì)基板、第二層微帶貼片、第二層介質(zhì)基板、第三層微帶貼片、第三層介質(zhì)基板、第四層微帶貼片、第四層介質(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；位于第四層微帶天線處的沿中心饋電孔軸線環(huán)繞分布的各相鄰第一短路金屬化過孔、第一饋電孔、第二短路金屬化過孔、第二饋電孔之間彼此間距均等。

所述第一層微帶貼片外形呈“口”字狀構(gòu)造，第一層微帶貼片的一側(cè)內(nèi)壁的中段處水平向中心饋電孔方向延伸有矩形枝節(jié)，矩形枝節(jié)的延伸端設(shè)置所述中心饋電點，所述第一層微帶貼片兩相對角端均還設(shè)置有切角；所述第二層微帶貼片的其中兩對邊處對稱布置凸設(shè)有矩形的微帶枝節(jié)；所述第三層微帶貼片的其中兩個對角處同樣設(shè)置切角。

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孔、第一饋電孔、第二短路金屬化過孔、第二饋電孔、供第三饋電探針穿行的第三饋電孔以及中心饋電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直邊環(huán)繞密布有一圈第三金屬化過孔，所述第三金屬化過孔的頂端連接金屬接地層。

所述第三饋電孔為平行中心饋電孔的軸線設(shè)置的兩道，兩道第三饋電孔的軸線位于以中心饋電孔的軸線為軸心的同一圓柱面上，且兩道第三饋電孔的軸線與中心饋電孔的軸線的鉛垂連線彼此垂直。

第一層介質(zhì)基板的介電常數(shù)為9，長與寬尺寸為26mm×26mm，板體厚度為1.5mm；第二層介質(zhì)基板的介電常數(shù)為6，長與寬尺寸為48mm×48mm，板體厚度為1.5mm；第三層介質(zhì)基板的介電常數(shù)為10.2，長與寬尺寸為48mm×48mm，板體厚度為6mm；第四層介質(zhì)基板的介電常數(shù)為7，長與寬尺寸為48mm×48mm，板體厚度為2mm；底層介質(zhì)基板的介電常數(shù)為4.6，長與寬尺寸為54mm×54mm，板體厚度為1mm；各饋電探針的直徑均為0.9mm，第一短路金屬化過孔以及第二短路金屬化過孔直徑為3mm，第一饋電探針軸線距中心饋電孔軸線間距為3.5mm～3.5mm，第二饋電探針軸線距中心饋電孔軸線間距為8mm，第三饋電探針軸線距中心饋電孔軸線間距為12mm。

各介質(zhì)基板為微波復(fù)合基板。

本發(fā)明的有益效果在于：

1)、本發(fā)明通過層疊固接的第一層微帶天線、第二層微帶天線、第三層微帶天線、第四層微帶天線配合底層饋電網(wǎng)絡(luò)來組成天線模塊，操作時以第一層微帶天線對于與S頻點，以第二層微帶天線對應(yīng)于L頻點，以第三層微帶天線對應(yīng)于B3頻點，而第四層微帶天線對應(yīng)于B1及L1頻點，從而實現(xiàn)北斗一代的L頻段和S頻段、北斗二代的B1、B3頻段以及GPS L1頻段的信號接收功能。使用時，上述天線模塊采用高介電常數(shù)、低介質(zhì)損耗的微波復(fù)合基板實現(xiàn)小型化，并利用多層微帶天線中心重合的疊加技術(shù)和各介質(zhì)基板中采用短路金屬化過孔，進一步提高各輸出端口的隔離度。相對傳統(tǒng)必須在每個饋電孔周圍均周向密布整整一圈金屬化過孔的繁復(fù)耦合屏蔽方式而言，本發(fā)明僅對應(yīng)每一道饋電孔而采用三組短路金屬化過孔相配合，即可起到消除相應(yīng)各饋電探針間耦合影響的目的，這不僅使得設(shè)備的工作可靠性得到了有效保證，同時由于金屬化過孔數(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孔的鉆設(shè)，這顯然利于目前天線的小型化和輕型化需求。中心饋電孔的設(shè)置，不僅免去了額外設(shè)置短路金屬化過孔的煩惱，有利于進一步降低本發(fā)明的結(jié)構(gòu)體積，同時自身還可充作固定件使用，進而實現(xiàn)各層貼片天線的彼此緊固功能，其工作極為可靠穩(wěn)定。

2)、實際操作時，在位于第三層微帶天線和第四層微帶天線內(nèi)的一段第一饋電孔以及位于第四層微帶天線處的一段第二饋電孔內(nèi)都會布置介質(zhì)套，用以填充相應(yīng)饋電孔與相應(yīng)饋電探針之間的間隙；此時，可看作是對應(yīng)的短路金屬化過孔的孔徑等于相應(yīng)介質(zhì)套的外徑。而位于第四層微帶天線處的相鄰的第一短路金屬化過孔、第一饋電孔、第二短路金屬化過孔、第二饋電孔之間彼此間距均等，這反映在第四層介質(zhì)基板處時，可看出在該介質(zhì)基板板面處呈現(xiàn)均勻分布的八個圓孔結(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)、第一層微帶貼片和第三層微帶貼片為正方形結(jié)構(gòu)形式，沿其對角線方向切角?？煽紤]在第三層微帶貼片上的對角線夾角45°直線位置處設(shè)置饋電點，從而更方便實現(xiàn)右旋圓極化工作。第二層微帶貼片為正方形結(jié)構(gòu)形式，在其對稱邊緣加載短的微帶枝節(jié)，并在對角線上設(shè)置饋電點，實現(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)密的第三金屬化過孔，并使該金屬化過孔與介質(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，從而實現(xiàn)了饋電網(wǎng)絡(luò)和天線單元的良好隔離目的。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為圖1結(jié)構(gòu)沿第一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)沿第二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)沿第三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)沿第四層微帶貼片的片體水平剖分后的俯視圖；

圖6為圖1結(jié)構(gòu)的仰視圖。

附圖中各標(biāo)號與本發(fā)明的各部件名稱對應(yīng)關(guān)系如下：

a-第一介質(zhì)套 b-第二介質(zhì)套

11-第一層微帶貼片 11a-矩形枝節(jié) 12-第一層介質(zhì)基板

13-中心饋電孔 14-中心饋電探針

21-第二層微帶貼片 21a-微帶枝節(jié) 22-第二層介質(zhì)基板

23-第一饋電孔 24-第一饋電探針 25-第一短路金屬化過孔

31-第三層微帶貼片 32-第三層介質(zhì)基板 33-第二饋電孔

34-第二饋電探針 35-第二短路金屬化過孔

41-第四層微帶貼片 42-第四層介質(zhì)基板

43-第三饋電孔 44-第三饋電探針

51-金屬接地層 52-底層介質(zhì)基板 53-環(huán)形微帶線電橋

54-第三金屬化過孔

具體實施方式

為便于理解，此處結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施結(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，包括第一層微帶天線、第二層微帶天線、第三層微帶天線、第四層微帶天線、底層饋電網(wǎng)絡(luò)、饋電探針、金屬化過孔等。第一層微帶天線包括第一層微帶貼片11和第一層介質(zhì)基板12。第一層微帶貼片11為正方形薄板結(jié)構(gòu)，且沿對角線切有對角；第一層微帶貼片11在中心方孔位置開有以矩形枝節(jié)11a凸設(shè)而形成的“U”字狀縫隙。第二層微帶天線包括第二層微點貼片21和第二層介質(zhì)基板22，第二層微點貼片21同樣為正方形薄板結(jié)構(gòu)，且在其中一對對邊處加載微帶枝節(jié)21a。第三層微帶天線包括第三層微帶貼片31和第三層介質(zhì)基板32，第三層微帶貼片31還是正方形薄板結(jié)構(gòu)，并同樣沿對角線切對角。第四層微帶天線包括第四層微帶貼片41和第四層介質(zhì)基板42，第四層微帶貼片41為正方形薄板結(jié)構(gòu)。所述的底層饋電網(wǎng)絡(luò)包括底層介質(zhì)基板52、附屬在底層介質(zhì)基板52上表面的金屬接地層51、附屬在底層介質(zhì)基板52下表面的環(huán)形微帶線電橋53以及各頻段的輸出接口，輸出接口位置參見圖6所示的帶剖面線的圓孔部分。環(huán)形微帶線電橋53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53周圍布置了一圈細(xì)密的第三金屬化過孔54，并使各個第三金屬化過孔54鉛垂向上的與金屬接地層51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。饋電探針則包括一根中心饋電探針14、一根第一饋電探針24、一根第二饋電探針34和兩根第三饋電探針44。中心饋電探針14頂端與第一層微帶貼片11的矩形枝節(jié)11a端部處的饋電點相連，且依次穿過第一層介質(zhì)基板12、第二層微帶天線、第三層微帶天線、第四層微帶天線和底層饋電網(wǎng)絡(luò)，并與底層饋電網(wǎng)絡(luò)的輸出接口相連。第一饋電探針24頂端與第二層微點貼片21的饋電點相連，且依次穿過第二層介質(zhì)基板22、第三層微帶天線、第四層微帶天線和底層饋電網(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24與第三層微帶天線、第四層微帶天線以及底層饋電網(wǎng)絡(luò)的金屬接地板和底層介質(zhì)基板52不接觸。第二饋電探針34頂端與第三層微帶貼片31的饋電點相連，且依次穿過第三層介質(zhì)基板32、第四層微帶天線和底層饋電網(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34與第四層微帶天線以及底層饋電網(wǎng)絡(luò)的金屬接地板和底層介質(zhì)基板52不接觸。第三饋電探針44實際設(shè)置時為兩根，其頂端與第四層微帶貼片41的饋電點相連，且依次穿過第四層介質(zhì)基板42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，如圖2-6所示的，一方面，中心饋電孔13本身既作為中心饋電探針14穿設(shè)的安置孔，又作為各層疊的微帶天線乃至底層饋電網(wǎng)絡(luò)的賴以層疊緊固的緊固孔，從而通過一件兩用的方式，可在確保結(jié)構(gòu)工作可靠性的同時有效保證整體部件的簡約化和緊湊化。此外的，中心饋電孔13位于整個結(jié)構(gòu)的鉛垂中心軸處，無需額外的屏蔽用金屬化過孔，這也使得位于其內(nèi)的中心饋電探針14的工作可靠性和隔離度均得到了有效保證。另一方面，在可供饋電探針穿設(shè)的饋電孔外，本發(fā)明還布置有短路金屬化過孔。具體而言，對于供第一饋電探針24穿設(shè)的第一饋電孔23，本發(fā)明在第三層微帶貼片31天線和第四層微帶貼片41天線上同軸貫穿的設(shè)置三組第一短路金屬化過孔25，且該三組第一短路金屬化過孔25與第一饋電孔23共同位于以中心饋電孔13為軸線的同一圓柱面上，同時三組短路金屬化過孔與第一饋電孔23的位于第三層微帶貼片31天線和第四層微帶貼片41天線的孔道彼此呈現(xiàn)90°夾角分布，最終保證各者間距的一致性。同理，對于供第二饋電探針34穿設(shè)的第二饋電孔33，同樣在第四層微帶貼片41天線上同軸貫穿的設(shè)置三組第二短路金屬化過孔35，且該三組短路金屬化過孔與第二饋電孔33共同位于以中心饋電孔13為軸線的同一圓柱面上，同時該三組第二短路金屬化過孔35與第二饋電孔33的位于第四層微帶貼片41天線處孔道呈現(xiàn)周向90°夾角分布。

下面簡要說明本發(fā)明所述天線的工作原理：

本發(fā)明采用由上到下層疊連接的第一層微帶天線、第二層微帶天線、第三層微帶天線、第四層微帶天線和底層饋電網(wǎng)絡(luò)組成天線模塊，實現(xiàn)北斗一代的L頻段和S頻段，北斗二代的B1、B3頻段以及GPS L1頻段的信號接收。本天線模塊采用高介電常數(shù)、低介質(zhì)損耗的微波復(fù)合基板實現(xiàn)小型化，并利用多層微帶天線中心重合的疊加技術(shù)和介質(zhì)基板中采用短路金屬化過孔，進一步提高各輸出端口的隔離度。其中；

第一層微帶天線工作于S頻點，采用單點饋電方式。通過正方形貼片在對角線上切三角形的形式實現(xiàn)右旋圓極化，將信號通過中心饋電探針14傳輸?shù)降讓羽侂娋W(wǎng)絡(luò)的輸出接口進行接收。

第二層微帶天線工作于L頻點，采用在對角線上單點饋電。在正方形貼片加載微帶枝節(jié)21a實現(xiàn)左旋圓極化，將信號由底層饋電網(wǎng)絡(luò)的接口通過第一饋電探針24進行發(fā)射。

第三層微帶天線工作于B3頻點，采用單點饋電和在第三層介質(zhì)基板32處采用短路金屬化過孔，消除第一饋電探針24的耦合影響。通過正方形貼片在對角線上切三角形的形式實現(xiàn)右旋圓極化，之后再將信號通過饋電探針傳輸?shù)降讓羽侂娋W(wǎng)絡(luò)的輸出接口進行接收。

第四層微帶天線工作于B1、L1頻點，采用雙點饋電方式。第三饋電孔43距中心饋電孔13的軸線呈現(xiàn)等距和正交分布，由底層饋電網(wǎng)絡(luò)的環(huán)形電橋53提供幅度相等、相位相差90°的兩路信號，實現(xiàn)右旋圓極化。在底層介質(zhì)基板52處采用短路金屬化過孔，消除第一饋電探針24和第二饋電探針34的耦合影響，從而利于目前天線的小型化需求。