一種雙層耦合雙頻圓極化微帶天線的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提出一種雙層耦合雙頻微帶天線，只在下層金屬輻射板上設(shè)置饋電點饋電，采用空間耦合輻射方式，使微帶天線可以同時工作于兩個頻點，不使用合路器，避免了對信號的損失。包括下層金屬輻射板、下層介質(zhì)基板、上層金屬輻射板、上層介質(zhì)基板以及金屬反射底板，下層介質(zhì)基板設(shè)置于金屬反射底板上面，下層金屬輻射板設(shè)置于下層介質(zhì)基板上面，上層介質(zhì)基板設(shè)置于下層金屬輻射板上面，上層金屬輻射板設(shè)置于上層介質(zhì)基板上面；在下層金屬輻射板上設(shè)置同軸饋電點，用于饋入電磁波信號；下層金屬輻射板用于通過所述饋電點輻射出較低頻點的圓極化波，上層金屬輻射板用于通過所述饋電點輻射出較高頻點的圓極化波。
【專利說明】
一種雙層耦合雙頻圓極化微帶天線
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種衛(wèi)星導(dǎo)航雙層耦合雙頻圓極化微 帶天線。適用于包括美國的GPS系統(tǒng)、歐洲的伽利略系統(tǒng)、俄羅斯的GLONASS系統(tǒng)、中國的北 斗系統(tǒng)在內(nèi)的各種導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 單個衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)雖然能夠獨(dú)立工作，但是其定位精度低、缺乏完好性、可靠性和 連續(xù)性，由于不同衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的衛(wèi)星分布在不同的軌道平面上，利用多個衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng) 的衛(wèi)星同時工作可以形成互補(bǔ)形式，能夠增加可見衛(wèi)星的數(shù)量，提高定位的精度和可靠性。 特別是在樓群密集城市、山區(qū)等信號易受到嚴(yán)重遮擋的情況下優(yōu)勢更加明顯。衛(wèi)星導(dǎo)航接 收機(jī)已經(jīng)發(fā)展為多模多頻兼容模式，并且市場上已經(jīng)有了多模多頻導(dǎo)航芯片，因此有必要 設(shè)計能夠滿足多模多頻衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)應(yīng)用的多模多頻微帶天線?，F(xiàn)有技術(shù)中常用的雙頻 微帶天線，采用將兩個不同頻點的天線物理疊層的方式，需要在每層上分別設(shè)置饋電點分 別饋電，然后再使用合路器合成一路。合路器是無源器件，對信號有一定的衰減，進(jìn)而影響 了接收機(jī)的信號強(qiáng)度。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0003] 本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)存在的不足和缺陷，提出一種雙層耦合雙頻圓極化微帶天 線，只在下層金屬輻射板上設(shè)置饋電點饋電，采用空間耦合輻射方式，使微帶天線可以同時 工作于兩個頻點，不使用合路器，避免了對信號的衰減。
[0004] 本發(fā)明的技術(shù)方案是：
[0005] 1.-種雙層耦合雙頻圓極化微帶天線，其特征在于，包括金屬反射底板、下層介質(zhì) 基板、下層金屬輻射板、上層介質(zhì)基板、上層金屬輻射板以及饋電點；所述下層介質(zhì)基板設(shè) 置于金屬反射底板上面，下層金屬輻射板設(shè)置于下層介質(zhì)基板上面，上層介質(zhì)基板設(shè)置于 下層金屬輻射板上面，上層金屬輻射板設(shè)置于上層介質(zhì)基板上面;在下層金屬輻射板上設(shè) 置同軸饋電點，用于饋入電磁波信號;所述下層金屬輻射板用于通過所述饋電點輻射出較 低頻點的圓極化波，所述上層金屬輻射板用于通過所述饋電點輻射出較高頻點的圓極化 波。
[0006] 2.所述金屬反射底板設(shè)置于下層介質(zhì)基板的下表面，或距離下層介質(zhì)基板的下表 面有一定的距離;所述下層金屬輻射板設(shè)置于下層介質(zhì)基板的上表面;所述上層介質(zhì)基板 設(shè)置于下層金屬輻射板的上表面;所述上層金屬輻射板設(shè)置于上層介質(zhì)基板的上表面。 [0007] 3.所述上層金屬輻射板和下層金屬輻射板的形狀為矩形。
[0008] 4.所述下層金屬輻射板上設(shè)置一個饋電點，所述上層金屬輻射板和下層金屬輻射 板的形狀為切除一對對角的矩形，所述饋電點設(shè)置在下層金屬輻射板的水平橫軸或豎直縱 軸上，用于實現(xiàn)圓極化;所述切角為三角形。
[0009] 5.所述下層金屬輻射板上設(shè)置兩個饋電點，用于實現(xiàn)圓極化;第一饋電點連接功 率分配器的一個輸出端，功率分配器的另一個輸出端經(jīng)過90度移相器連接第二饋電點。
[0010] 6.所述上層金屬輻射板和下層金屬輻射板的形狀均為正方形，所述下層金屬輻射 板的邊長約
，其中，λ為天線較低頻點工作中心頻點在自由空間中的一個波長，ε 為下層介質(zhì)基板的介電常數(shù);所述上層金屬輻射板的邊長約
其中，λ'為天線 較高頻點工作中心頻點在自由空間中的一個波長，ε'為上層介質(zhì)基板的介電常數(shù)。
[0011] 7.所述饋電點到下層金屬輻射板中心的距離在
的基礎(chǔ)上進(jìn)行微調(diào)，微 調(diào)范圍一般不超過20% ;λ為天線較低頻點工作中心頻點在自由空間中的一個波長，ε為下 層介質(zhì)基板的介電常數(shù)。
[0012] 8.所述下層介質(zhì)基板和上層介質(zhì)基板形狀為矩形，上層介質(zhì)基板的面積大于上層 金屬福射板的面積，下層介質(zhì)基板的面積大于下層金屬福射板的面積。
[0013] 9.所述下層介質(zhì)基板厚度范圍選擇在0.0U~ο. 15λ之間，所述上層介質(zhì)基板厚度 范圍選擇在〇. 〇〇5λ~0. 〇1λ之間。
[0014] 10.所述微帶天線下層金屬輻射板和金屬反射底板之間也可以使用空氣充當(dāng)介質(zhì) 基板。
[0015] 本發(fā)明的技術(shù)效果：
[0016] 本發(fā)明提出的一種雙層耦合雙頻圓極化微帶天線，具有以下特點：
[0017] 1.本發(fā)明的雙層耦合雙頻圓極化微帶天線，只在下層金屬輻射板上設(shè)置饋電點饋 電，采用空間耦合輻射方式，使微帶天線可以同時工作于兩個頻點，不使用合路器，避免了 對信號的損失。包括金屬反射底板、下層介質(zhì)基板、下層金屬輻射板、上層介質(zhì)基板、上層金 屬輻射板以及饋電點;在金屬反射底板上依次設(shè)置下層介質(zhì)基板、下層金屬輻射板、上層介 質(zhì)基板、上層金屬輻射板;饋電點位于下層金屬輻射板上，用于饋入電磁波信號；通過下層 金屬輻射板直接輻射出較低頻點圓極化波，并且通過空間耦合的方式輻射出較高頻點圓極 化波至上層金屬輻射板。
[0018] 2.本發(fā)明的雙層耦合雙頻圓極化微帶天線尤其適用于接收北斗雙頻點的電磁波 信號，其下層金屬輻射板和上層金屬輻射板的形狀采用正方形，下層金屬輻射板的邊長約 為0.54/·^，其中，λ為天線較低頻點工作中心頻點在自由空間中的一個波長，ε為下層介質(zhì) 基板的介電常數(shù);上層金屬輻射板的邊長約為其中，λ'為天線較高頻點工作中心 頻點在自由空間中的一個波長，ε'為上層介質(zhì)基板的介電常數(shù)，其中下層金屬輻射板和下 層介質(zhì)基板組成的微帶天線用于接收較低頻點的電磁波信號，如北斗Β3(頻點為 1268.52MHz，帶寬為20.46MHz)，上層金屬福射板和上層介質(zhì)基板組成的微帶天線用于接收 較高頻點的電磁波信號，如北斗Β1 (頻點為1561.098MHz，帶寬為4.092MHz)，完全滿足北斗 雙頻衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)對天線帶寬的要求。
【附圖說明】
[0019] 圖1為本發(fā)明的雙層耦合雙頻微帶天線結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020] 圖2為本發(fā)明的雙層耦合雙頻微帶天線的單饋電點圓極化示意圖。
[0021] 圖3為本發(fā)明的雙層耦合雙頻微帶天線的雙饋電點圓極化示意圖。
[0022] 圖4為本發(fā)明實施例的雙層耦合雙頻微帶天線的駐波圖。
[0023] 圖5為本發(fā)明實施例的雙層耦合雙頻微帶天線的B1頻點方向圖。
[0024] 圖6為本發(fā)明實施例的雙層耦合雙頻微帶天線的B3頻點方向圖。
[0025]附圖標(biāo)記列示如下：卜金屬反射底板，2-饋電點，3-下層介質(zhì)基板，4-下層金屬輻 射板，5-上層介質(zhì)基板，6-上層金屬福射板。
【具體實施方式】
[0026] 以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施例做進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
[0027] 如圖1所示，為本發(fā)明的雙層耦合雙頻微帶天線結(jié)構(gòu)示意圖。一種雙層耦合雙頻微 帶天線，包括金屬反射板1、饋電點2、下層介質(zhì)基板3、下層金屬輻射板4、上層介質(zhì)基板5和 上層金屬輻射板6;下層介質(zhì)基板3設(shè)置于金屬反射底板1上面，下層金屬輻射板4設(shè)置于下 層介質(zhì)基板3上面，上層介質(zhì)基板5設(shè)置于下層金屬輻射板4上面，上層金屬輻射板6設(shè)置于 上層介質(zhì)基板5上面，在下層金屬輻射板4上設(shè)置同軸饋電點2,用于饋入電磁波信號；下層 金屬輻射板4用于通過饋電點2輻射出較低頻點的圓極化波，上層金屬輻射板6用于通過饋 電點2輻射出較高頻點的圓極化波。其中，金屬反射底板1可以設(shè)置于下層介質(zhì)基板3的下表 面，或距離下層介質(zhì)基板3的下表面有一定的距離，下層金屬輻射板4可以設(shè)置于下層介質(zhì) 基板3的上表面，上層介質(zhì)基板5設(shè)置于下層金屬輻射板4的上表面，上層金屬輻射板6設(shè)置 于上層介質(zhì)基板5的上表面。
[0028] 本發(fā)明實施例的雙層耦合雙頻微帶天線的上層金屬輻射板和下層金屬輻射板的 形狀為矩形。圓極化方式可以通過在下層金屬輻射板4設(shè)置一個饋電點和將矩形金屬輻射 板切除一對對角實現(xiàn)，如圖2所示。所述饋電點2設(shè)置在下層金屬輻射板4的水平橫軸X軸或 豎直縱軸Y軸上，上層金屬輻射板和下層金屬輻射板均為切除一對對角的矩形，切角為三角 形。當(dāng)單饋電點位置在Y軸上，切角在1，3象限時，天線為右旋圓極化天線；切角在2,4象限 時，天線為左旋圓極化天線。當(dāng)單饋電點位置在X軸上，切角在1，3象限時，天線為左旋圓極 化天線;切角在2，4象限時，天線為右旋圓極化天線。
[0029] 另外，本發(fā)明的雙層耦合雙頻微帶天線的圓極化方式也可通過在下層金屬輻射板 上設(shè)置雙饋電點加功分相移網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)，如圖3所示。將兩個饋電點分別設(shè)置于下層金屬輻射 板4的水平橫軸X軸和豎直縱軸Y軸上，并且到下層金屬輻射板中心的距離相等，第一饋電點 連接功率分配器的一個輸出端，功率分配器的另一個輸出端經(jīng)過90度移相器連接第二饋電 點。采用雙饋電點添加功分相移網(wǎng)絡(luò)時，通過構(gòu)造兩個方向正交、幅度相等、相位差為90°的 兩個電場分量，當(dāng)電場矢量沿波的來向看由90°指向0°按左手螺旋旋轉(zhuǎn)，則為左旋圓極化， 當(dāng)電場矢量沿波的來向看由90°指向0°按右手旋轉(zhuǎn)，則為右旋圓極化。
[0030] 本發(fā)明實施例中，以北斗B1(頻點為1561.098MHz，帶寬為4.092MHz)和B3(頻點為 1268.52MHz，帶寬為20.46MHz)雙頻點接收要求為例，將下層金屬輻射板4和上層金屬輻射 板6的形狀設(shè)置為正方形，下層金屬輻射板4的邊長約為0.5ΛΑ/Γ，其中，λ為天線較低頻點 工作中心頻點在自由空間中的一個波長，ε為下層介質(zhì)基板的介電常數(shù);上層金屬輻射板6 的邊長約為〇,5^/U、'，其中，λ'為天線較高頻點工作中心頻點在自由空間中的一個波長，ε ' 為上層介質(zhì)基板的介電常數(shù)。饋電點到下層金屬輻射板中心的距離在的基礎(chǔ)上 進(jìn)行微調(diào)，微調(diào)范圍一般不超過20% ;λ為天線較低頻點工作中心頻點在自由空間中的一個 波長，ε為下層介質(zhì)基板的介電常數(shù)。
[0031] 另外，下層介質(zhì)基板3和上層介質(zhì)基板5也可以選擇相同介電常數(shù)的材料或不同介 電常數(shù)的材料，以調(diào)節(jié)下層金屬輻射板4和上層金屬輻射板6的尺寸和輻射頻率;其厚度也 影響天線的輻射效率和工作帶寬，本實施例下層介質(zhì)基板3的厚度范圍選擇在0.0U~0.15 λ之間，上層介質(zhì)基板5厚度范圍選擇在0.005λ~〇. 〇1λ之間，以提高天線的輻射效率和工作 帶寬；下層介質(zhì)基板3和上層介質(zhì)基板5形狀為矩形，上層介質(zhì)基板5的面積大于上層金屬輻 射板6的面積，下層介質(zhì)基板3的面積大于下層金屬福射板4的面積。微帶天線下層金屬福射 板4和金屬反射板1之間也可使用空氣充當(dāng)介質(zhì)板，不使用介質(zhì)基板。
[0032] 圖4為本發(fā)明實施例的雙層耦合雙頻微帶天線的駐波圖?？v坐標(biāo)代表駐波比，橫坐 標(biāo)是頻率，函數(shù)曲線表示各個頻率點上天線的駐波比。駐波比理想值等于1，表示饋線和天 線的阻抗完全匹配，此時高頻能量全部被天線輻射出去，沒有能量的反射損耗;駐波比為無 窮大時，表示全反射，能量完全沒有福射出去。
[0033] 圖5為本發(fā)明實施例的雙層耦合雙頻微帶天線的Β1頻點方向圖，圖6為本發(fā)明實施 例的雙層耦合雙頻微帶天線的Β3頻點方向圖。天線方向圖是指在離天線一定距離處，輻射 場的相對場強(qiáng)（歸一化模值)隨方向變化的圖形，半徑坐標(biāo)(-35~15)表示天線增益，用dB表 示，角度坐標(biāo)表示天線輻射或接收電磁波的角度，函數(shù)曲線表示天線向各個方向輻射或接 收電磁波能力的強(qiáng)弱，用dB表示。
[0034] 應(yīng)當(dāng)指出，以上所述【具體實施方式】可以使本領(lǐng)域的技術(shù)人員更全面地理解本發(fā)明 創(chuàng)造，但不以任何方式限制本發(fā)明創(chuàng)造。因此，盡管本說明書和實施例對本發(fā)明創(chuàng)造已進(jìn)行 了詳細(xì)的說明，但是，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，仍然可以對本發(fā)明創(chuàng)造進(jìn)行修改或者等同 替換;而一切不脫離本發(fā)明創(chuàng)造的精神和范圍的技術(shù)方案及其改進(jìn)，其均涵蓋在本發(fā)明創(chuàng) 造專利的保護(hù)范圍當(dāng)中。
【主權(quán)項】
1. 一種雙層耦合雙頻圓極化微帶天線，其特征在于，包括金屬反射底板、下層介質(zhì)基 板、下層金屬輻射板、上層介質(zhì)基板、上層金屬輻射板以及饋電點；所述下層介質(zhì)基板設(shè)置 于金屬反射底板上面，下層金屬輻射板設(shè)置于下層介質(zhì)基板上面，上層介質(zhì)基板設(shè)置于下 層金屬輻射板上面，上層金屬輻射板設(shè)置于上層介質(zhì)基板上面;在下層金屬輻射板上設(shè)置 同軸饋電點，用于饋入電磁波信號;所述下層金屬輻射板用于通過所述饋電點輻射出較低 頻點的圓極化波，所述上層金屬輻射板用于通過所述饋電點輻射出較高頻點的圓極化波。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙層耦合雙頻圓極化微帶天線，其特征在于，所述金屬反射底 板設(shè)置于下層介質(zhì)基板的下表面，或距離下層介質(zhì)基板的下表面有一定的距離;所述下層 金屬輻射板設(shè)置于下層介質(zhì)基板的上表面;所述上層介質(zhì)基板設(shè)置于下層金屬輻射板的上 表面;所述上層金屬輻射板設(shè)置于上層介質(zhì)基板的上表面。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的雙層耦合雙頻圓極化微帶天線，其特征在于，所述上層金屬輻 射板和下層金屬輻射板的形狀為矩形。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的雙層耦合雙頻圓極化微帶天線，其特征在于，所述下層金屬輻 射板上設(shè)置一個饋電點，所述上層金屬輻射板和下層金屬輻射板的形狀為切除一對對角的 矩形，所述饋電點設(shè)置在下層金屬輻射板的水平橫軸或豎直縱軸上，用于實現(xiàn)圓極化;所述 切角為三角形。5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的雙層耦合雙頻圓極化微帶天線，其特征在于，所述下層金屬輻 射板上設(shè)置兩個饋電點，用于實現(xiàn)圓極化;第一饋電點連接功率分配器的一個輸出端，功率 分配器的另一個輸出端經(jīng)過90度移相器連接第二饋電點。6. 根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的雙層耦合雙頻圓極化微帶天線，其特征在于，所述上層金 屬輻射板和下層金屬輻射板的形狀均為正方形，所述下層金屬輻射板的邊長約為 0.5乂/'，其中，λ為天線較低頻點工作中心頻點在自由空間中的一個波長，ε為下層介質(zhì)基 板的介電常數(shù);所述上層金屬輻射板的邊長約為0.52'.W/，其中，λ'為天線較高頻點工作中 心頻點自由空間中的一個波長，ε '為上層介質(zhì)基板的介電常數(shù)。7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的雙層耦合雙頻圓極化微帶天線，其特征在于，所述饋電點到下 層金屬輻射板中心的距離在(〇.U)/V[ :的基礎(chǔ)上進(jìn)行微調(diào)，微調(diào)范圍一般不超過20% ;λ為 天線較低頻點工作中心頻點在自由空間中的一個波長，ε為下層介質(zhì)基板的介電常數(shù)。8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙層耦合雙頻圓極化微帶天線，其特征在于，所述下層介質(zhì)基 板和上層介質(zhì)基板形狀為矩形，上層介質(zhì)基板的面積大于上層金屬輻射板的面積，下層介 質(zhì)基板的面積大于下層金屬輻射板的面積。9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙層耦合雙頻圓極化微帶天線，其特征在于，所述下層介質(zhì)基 板厚度范圍選擇在〇. OU~0.15λ之間，所述上層介質(zhì)基板厚度范圍選擇在〇. 〇〇5λ~〇. OU 之間。10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙層耦合雙頻圓極化微帶天線，其特征在于，所述微帶天線 下層金屬輻射板和金屬反射底板之間也可以使用空氣充當(dāng)介質(zhì)基板。
【文檔編號】H01Q1/36GK106025515SQ201610228550
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年4月13日
【發(fā)明人】不公告發(fā)明人
【申請人】北京東方聯(lián)星科技有限公司