一种多频导航终端天线的制作方法

本实用新型属于通讯及导航技术领域，具体涉及一种多频导航终端天线。

背景技术：

北斗卫星导航系统是我国自主研发的全球卫星导航和通讯系统，与美国的GPS、俄罗斯的GLONASS、欧洲的伽利略系统并称为全球四大卫星导航系统。随着北斗导航系统的逐步完善和广泛应用，其终端天线的研究也愈来愈广泛和深入。目前的导航终端天线主要存在不易于终端设备集成，或者频带较窄、多个工作频点不能兼顾，乃至多频带端口隔离度较差等技术问题。有鉴于此，现今多频圆极化天线采用多片法制作，也即利用谐振频率不同的多个贴片叠放在同一基板上，通常将较大贴片放于第三层而较小贴片叠于第二层，从而保证整体结构的紧凑性；同时，为避免连接各层贴片的馈电探针产生彼此工作干涉状况，在每个供馈电探针插入的馈电孔周围都需环绕密布一圈细小的金属化过孔，从而将该圈金属化过孔内圈处贴片处于隔离状态下，进而杜绝各馈电探针之间的耦合影响。然而，实际制作时人们发现，由于每层带有馈电探针的贴片都需要在馈电孔外相应布置一圈金属化过孔，这使得不仅需要在当前层贴片处的馈电孔外围预留出供金属化过孔穿设的区域，同时最底层的贴片也必须具备足够的区域用于容纳由上层乃至上上层贴片处层叠贯穿而来的密密麻麻的金属化过孔，这只能通过增大最底层的贴片面积来保证，显然极其不利于目前天线体积的小型化需求。

技术实现要素：

本实用新型的目的为克服上述现有技术的不足，提供一种结构合理而可靠的可覆盖北斗一代的L频段和S频段，北斗二代的B1、B3频段以及GPS L1频段的多频导航终端天线，其可在保证良好的阻抗带宽和轴比带宽以及高增益性能的同时，亦可确保天线体积的小型化和轻型化需求。

为实现上述目的，本实用新型采用了以下技术方案：

一种多频导航终端天线，其特征在于：本天线包括由上而下且依次片状层叠布置的第一层微带贴片、第一层介质基板、第二层微带贴片、第二层介质基板、第三层微带贴片、第三层介质基板、第四层微带贴片、第四层介质基板以及底层馈电网络；其中，第一层微带贴片与第一层介质基板构成工作于S频点的第一层微带天线，第二层微带贴片与第二层介质基板构成工作于L频点的第二层微带天线，第三层微带贴片与第三层介质基板构成工作于B3频点的第三层微带天线，第四层微带贴片与第四层介质基板构成工作于B1及L1频点的第四层微带天线；

第一层微带贴片的中心处布置顶层馈电点，由顶层馈电点处垂直第一层微带贴片所在平面而依次贯穿第一层介质基板、第二层微带贴片、第二层介质基板、第三层微带贴片、第三层介质基板、第四层微带贴片、第四层介质基板设置有中心馈电孔，中心馈电孔为金属化过孔，中心馈电探针同轴布置于中心馈电孔内，中心馈电探针的两端分别连接中心馈电点和位于底层馈电网络处的输出接口；

第二层微带贴片处布置第一馈电点，由第一馈电点处垂直第二层微带贴片所在平面而依次贯穿第二层介质基板、第三层微带贴片、第三层介质基板、第四层微带贴片、第四层介质基板设置有第一馈电孔，第一馈电孔为金属化过孔，第一馈电探针同轴布置于第一馈电孔内，第一馈电探针的两端分别连接第一馈电点和位于底层馈电网络处的输出接口；本天线还包括贯穿第三层微带天线和第四层微带天线的第一短路金属化过孔，第一短路金属化过孔为三组，第一短路金属化过孔与第一馈电孔的轴线均处于以中心馈电孔轴线为轴心的同一圆柱面上且第一短路金属化过孔与第一馈电孔的轴线沿上述圆柱面周向均布；

第三层微带贴片处布置第二馈电点，由第二馈电点处垂直第三层微带贴片所在平面而依次贯穿第三层介质基板、第四层微带贴片以及第四层介质基板设置有第二馈电孔，第二馈电孔为金属化过孔，第二馈电探针同轴布置于第二馈电孔内，第二馈电探针的两端分别连接第二馈电点和位于底层馈电网络处的输出接口；本天线还包括贯穿第四层微带天线的第二短路金属化过孔，第二短路金属化过孔为三组，第二短路金属化过孔与第二馈电孔的轴线均处于以中心馈电孔轴线为轴心的同一圆柱面上且第二短路金属化过孔与第二馈电孔的轴线沿上述圆柱面周向均布；

第四层微带贴片处布置第三馈电点，第三馈电探针穿过第四层介质基板而连接第三馈电点和位于底层馈电网络处的输出接口；

所述第一馈电孔上的位于第三层微带天线以及第四层微带天线的一段孔路与第一馈电探针间设置有隔离彼此的第一介质套，所述第二馈电孔上的位于第四层微带天线的一段孔路与第二馈电探针间设置有隔离彼此的第二介质套；第一短路金属化过孔的孔径等于第一介质套外径；第二短路金属化过孔孔径等于第二介质套外径。

所述第一层微带贴片、第一层介质基板、第二层微带贴片、第二层介质基板、第三层微带贴片、第三层介质基板、第四层微带贴片、第四层介质基板以及底层馈电网络外形均为正方形片板状构造；位于第四层微带天线处的沿中心馈电孔轴线环绕分布的各相邻第一短路金属化过孔、第一馈电孔、第二短路金属化过孔、第二馈电孔之间彼此间距均等。

所述第一层微带贴片外形呈“口”字状构造，第一层微带贴片的一侧内壁的中段处水平向中心馈电孔方向延伸有矩形枝节，矩形枝节的延伸端设置所述中心馈电点，所述第一层微带贴片两相对角端均还设置有切角；所述第二层微带贴片的其中两对边处对称布置凸设有矩形的微带枝节；所述第三层微带贴片的其中两个对角处同样设置切角。

所述底层馈电网络包括由上至下依次层叠布置的金属接地层、底层介质基板、环形微带线电桥以及布置于环形微带线电桥处的输出接口；所述第一短路金属化过孔、第一馈电孔、第二短路金属化过孔、第二馈电孔、供第三馈电探针穿行的第三馈电孔以及中心馈电孔均贯穿上述金属接地层以及底层介质基板；沿环形微带线电桥的四个直边环绕密布有一圈第三金属化过孔，所述第三金属化过孔的顶端连接金属接地层。

所述第三馈电孔为平行中心馈电孔的轴线设置的两道，两道第三馈电孔的轴线位于以中心馈电孔的轴线为轴心的同一圆柱面上，且两道第三馈电孔的轴线与中心馈电孔的轴线的铅垂连线彼此垂直。

第一层介质基板的介电常数为9，长与宽尺寸为26mm×26mm，板体厚度为1.5mm；第二层介质基板的介电常数为6，长与宽尺寸为48mm×48mm，板体厚度为1.5mm；第三层介质基板的介电常数为10.2，长与宽尺寸为48mm×48mm，板体厚度为6mm；第四层介质基板的介电常数为7，长与宽尺寸为48mm×48mm，板体厚度为2mm；底层介质基板的介电常数为4.6，长与宽尺寸为54mm×54mm，板体厚度为1mm；各馈电探针的直径均为0.9mm，第一短路金属化过孔以及第二短路金属化过孔直径为3mm，第一馈电探针轴线距中心馈电孔轴线间距为3.5mm～3.5mm，第二馈电探针轴线距中心馈电孔轴线间距为8mm，第三馈电探针轴线距中心馈电孔轴线间距为12mm。

各介质基板为微波复合基板。

本实用新型的有益效果在于：

1)、本实用新型通过层叠固接的第一层微带天线、第二层微带天线、第三层微带天线、第四层微带天线配合底层馈电网络来组成天线模块，操作时以第一层微带天线对于与S频点，以第二层微带天线对应于L频点，以第三层微带天线对应于B3频点，而第四层微带天线对应于B1及L1频点，从而实现北斗一代的L频段和S频段、北斗二代的B1、B3频段以及GPS L1频段的信号接收功能。使用时，上述天线模块采用高介电常数、低介质损耗的微波复合基板实现小型化，并利用多层微带天线中心重合的叠加技术和各介质基板中采用短路金属化过孔，进一步提高各输出端口的隔离度。相对传统必须在每个馈电孔周围均周向密布整整一圈金属化过孔的繁复耦合屏蔽方式而言，本实用新型仅对应每一道馈电孔而采用三组短路金属化过孔相配合，即可起到消除相应各馈电探针间耦合影响的目的，这不仅使得设备的工作可靠性得到了有效保证，同时由于金属化过孔数目的减少，使得更少面积的微带贴片即可保证各金属化过孔的钻设，这显然利于目前天线的小型化和轻型化需求。中心馈电孔的设置，不仅免去了额外设置短路金属化过孔的烦恼，有利于进一步降低本实用新型的结构体积，同时自身还可充作固定件使用，进而实现各层贴片天线的彼此紧固功能，其工作极为可靠稳定。

2)、实际操作时，在位于第三层微带天线和第四层微带天线内的一段第一馈电孔以及位于第四层微带天线处的一段第二馈电孔内都会布置介质套，用以填充相应馈电孔与相应馈电探针之间的间隙；此时，可看作是对应的短路金属化过孔的孔径等于相应介质套的外径。而位于第四层微带天线处的相邻的第一短路金属化过孔、第一馈电孔、第二短路金属化过孔、第二馈电孔之间彼此间距均等，这反映在第四层介质基板处时，可看出在该介质基板板面处呈现均匀分布的八个圆孔结构。上述间距均等的各孔路，最大程度的降低了各者间的工作干扰性，这对提升结构的工作可靠性和稳定性能起到有利影响。

3)、第一层微带贴片和第三层微带贴片为正方形结构形式，沿其对角线方向切角。可考虑在第三层微带贴片上的对角线夹角45°直线位置处设置馈电点，从而更方便实现右旋圆极化工作。第二层微带贴片为正方形结构形式，在其对称边缘加载短的微带枝节，并在对角线上设置馈电点，实现左旋圆极化工作。底层馈电网络的介质基板采用细密的第三金属化过孔，并使该金属化过孔与介质基板的上下金属底相连，起到改善网络驻波及幅相分布，从而实现了馈电网络和天线单元的良好隔离目的。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为图1结构沿第一层微带贴片的片体水平剖分后的俯视图；

图3为图1结构沿第二层微带贴片的片体水平剖分后的俯视图；

图4为图1结构沿第三层微带贴片的片体水平剖分后的俯视图；

图5为图1结构沿第四层微带贴片的片体水平剖分后的俯视图；

图6为图1结构的仰视图。

附图中各标号与本实用新型的各部件名称对应关系如下：

a-第一介质套 b-第二介质套

11-第一层微带贴片 11a-矩形枝节 12-第一层介质基板

13-中心馈电孔 14-中心馈电探针

21-第二层微带贴片 21a-微带枝节 22-第二层介质基板

23-第一馈电孔 24-第一馈电探针 25-第一短路金属化过孔

31-第三层微带贴片 32-第三层介质基板 33-第二馈电孔

34-第二馈电探针 35-第二短路金属化过孔

41-第四层微带贴片 42-第四层介质基板

43-第三馈电孔 44-第三馈电探针

51-金属接地层 52-底层介质基板 53-环形微带线电桥

54-第三金属化过孔

具体实施方式

为便于理解，此处结合附图对本实用新型的具体实施结构及工作流程作以下描述：

本实用新型的具体结构，如图1-5所示，包括第一层微带天线、第二层微带天线、第三层微带天线、第四层微带天线、底层馈电网络、馈电探针、金属化过孔等。第一层微带天线包括第一层微带贴片11和第一层介质基板12。第一层微带贴片11为正方形薄板结构，且沿对角线切有对角；第一层微带贴片11在中心方孔位置开有以矩形枝节11a凸设而形成的“U”字状缝隙。第二层微带天线包括第二层微点贴片21和第二层介质基板22，第二层微点贴片21同样为正方形薄板结构，且在其中一对对边处加载微带枝节21a。第三层微带天线包括第三层微带贴片31和第三层介质基板32，第三层微带贴片31还是正方形薄板结构，并同样沿对角线切对角。第四层微带天线包括第四层微带贴片41和第四层介质基板42，第四层微带贴片41为正方形薄板结构。所述的底层馈电网络包括底层介质基板52、附属在底层介质基板52上表面的金属接地层51、附属在底层介质基板52下表面的环形微带线电桥53以及各频段的输出接口，输出接口位置参见图6所示的带剖面线的圆孔部分。环形微带线电桥53由50Ω分支微带线、低阻微带线、高阻微带线和50欧姆贴片电阻组成。在环形微带线电桥53周围布置了一圈细密的第三金属化过孔54，并使各个第三金属化过孔54铅垂向上的与金属接地层51连接，从而提高天线单元和馈电网络间的隔离屏蔽效果。馈电探针则包括一根中心馈电探针14、一根第一馈电探针24、一根第二馈电探针34和两根第三馈电探针44。中心馈电探针14顶端与第一层微带贴片11的矩形枝节11a端部处的馈电点相连，且依次穿过第一层介质基板12、第二层微带天线、第三层微带天线、第四层微带天线和底层馈电网络，并与底层馈电网络的输出接口相连。第一馈电探针24顶端与第二层微点贴片21的馈电点相连，且依次穿过第二层介质基板22、第三层微带天线、第四层微带天线和底层馈电网络，并与底层馈电网络的输出接口相连；此外，第一馈电探针24与第三层微带天线、第四层微带天线以及底层馈电网络的金属接地板和底层介质基板52不接触。第二馈电探针34顶端与第三层微带贴片31的馈电点相连，且依次穿过第三层介质基板32、第四层微带天线和底层馈电网络，并与底层馈电网络的输出接口相连；此外，第二馈电探针34与第四层微带天线以及底层馈电网络的金属接地板和底层介质基板52不接触。第三馈电探针44实际设置时为两根，其顶端与第四层微带贴片41的馈电点相连，且依次穿过第四层介质基板42和底层馈电网络并与相应输出接口相连。

作为本实用新型的重点，如图2-6所示的，一方面，中心馈电孔13本身既作为中心馈电探针14穿设的安置孔，又作为各层叠的微带天线乃至底层馈电网络的赖以层叠紧固的紧固孔，从而通过一件两用的方式，可在确保结构工作可靠性的同时有效保证整体部件的简约化和紧凑化。此外的，中心馈电孔13位于整个结构的铅垂中心轴处，无需额外的屏蔽用金属化过孔，这也使得位于其内的中心馈电探针14的工作可靠性和隔离度均得到了有效保证。另一方面，在可供馈电探针穿设的馈电孔外，本实用新型还布置有短路金属化过孔。具体而言，对于供第一馈电探针24穿设的第一馈电孔23，本实用新型在第三层微带贴片31天线和第四层微带贴片41天线上同轴贯穿的设置三组第一短路金属化过孔25，且该三组第一短路金属化过孔25与第一馈电孔23共同位于以中心馈电孔13为轴线的同一圆柱面上，同时三组短路金属化过孔与第一馈电孔23的位于第三层微带贴片31天线和第四层微带贴片41天线的孔道彼此呈现90°夹角分布，最终保证各者间距的一致性。同理，对于供第二馈电探针34穿设的第二馈电孔33，同样在第四层微带贴片41天线上同轴贯穿的设置三组第二短路金属化过孔35，且该三组短路金属化过孔与第二馈电孔33共同位于以中心馈电孔13为轴线的同一圆柱面上，同时该三组第二短路金属化过孔35与第二馈电孔33的位于第四层微带贴片41天线处孔道呈现周向90°夹角分布。

下面简要说明本实用新型所述天线的工作原理：

本实用新型采用由上到下层叠连接的第一层微带天线、第二层微带天线、第三层微带天线、第四层微带天线和底层馈电网络组成天线模块，实现北斗一代的L频段和S频段，北斗二代的B1、B3频段以及GPS L1频段的信号接收。本天线模块采用高介电常数、低介质损耗的微波复合基板实现小型化，并利用多层微带天线中心重合的叠加技术和介质基板中采用短路金属化过孔，进一步提高各输出端口的隔离度。其中；

第一层微带天线工作于S频点，采用单点馈电方式。通过正方形贴片在对角线上切三角形的形式实现右旋圆极化，将信号通过中心馈电探针14传输到底层馈电网络的输出接口进行接收。

第二层微带天线工作于L频点，采用在对角线上单点馈电。在正方形贴片加载微带枝节21a实现左旋圆极化，将信号由底层馈电网络的接口通过第一馈电探针24进行发射。

第三层微带天线工作于B3频点，采用单点馈电和在第三层介质基板32处采用短路金属化过孔，消除第一馈电探针24的耦合影响。通过正方形贴片在对角线上切三角形的形式实现右旋圆极化，之后再将信号通过馈电探针传输到底层馈电网络的输出接口进行接收。

第四层微带天线工作于B1、L1频点，采用双点馈电方式。第三馈电孔43距中心馈电孔13的轴线呈现等距和正交分布，由底层馈电网络的环形电桥53提供幅度相等、相位相差90°的两路信号，实现右旋圆极化。在底层介质基板52处采用短路金属化过孔，消除第一馈电探针24和第二馈电探针34的耦合影响，从而利于目前天线的小型化需求。