一种双层耦合双频圆极化微带天线的制作方法
【专利摘要】本发明提出一种双层耦合双频微带天线，只在下层金属辐射板上设置馈电点馈电，采用空间耦合辐射方式，使微带天线可以同时工作于两个频点，不使用合路器，避免了对信号的损失。包括下层金属辐射板、下层介质基板、上层金属辐射板、上层介质基板以及金属反射底板，下层介质基板设置于金属反射底板上面，下层金属辐射板设置于下层介质基板上面，上层介质基板设置于下层金属辐射板上面，上层金属辐射板设置于上层介质基板上面；在下层金属辐射板上设置同轴馈电点，用于馈入电磁波信号；下层金属辐射板用于通过所述馈电点辐射出较低频点的圆极化波，上层金属辐射板用于通过所述馈电点辐射出较高频点的圆极化波。
【专利说明】
一种双层耦合双频圆极化微带天线
技术领域
[0001] 本发明属于卫星导航技术领域，特别是涉及一种卫星导航双层耦合双频圆极化微 带天线。适用于包括美国的GPS系统、欧洲的伽利略系统、俄罗斯的GLONASS系统、中国的北 斗系统在内的各种导航卫星系统。
【背景技术】
[0002] 单个卫星导航系统虽然能够独立工作，但是其定位精度低、缺乏完好性、可靠性和 连续性，由于不同卫星导航系统的卫星分布在不同的轨道平面上，利用多个卫星导航系统 的卫星同时工作可以形成互补形式，能够增加可见卫星的数量，提高定位的精度和可靠性。 特别是在楼群密集城市、山区等信号易受到严重遮挡的情况下优势更加明显。卫星导航接 收机已经发展为多模多频兼容模式，并且市场上已经有了多模多频导航芯片，因此有必要 设计能够满足多模多频卫星导航接收机应用的多模多频微带天线。现有技术中常用的双频 微带天线，采用将两个不同频点的天线物理叠层的方式，需要在每层上分别设置馈电点分 别馈电，然后再使用合路器合成一路。合路器是无源器件，对信号有一定的衰减，进而影响 了接收机的信号强度。
【发明内容】
[0003] 本发明针对现有技术存在的不足和缺陷，提出一种双层耦合双频圆极化微带天 线，只在下层金属辐射板上设置馈电点馈电，采用空间耦合辐射方式，使微带天线可以同时 工作于两个频点，不使用合路器，避免了对信号的衰减。
[0004] 本发明的技术方案是：
[0005] 1.-种双层耦合双频圆极化微带天线，其特征在于，包括金属反射底板、下层介质 基板、下层金属辐射板、上层介质基板、上层金属辐射板以及馈电点；所述下层介质基板设 置于金属反射底板上面，下层金属辐射板设置于下层介质基板上面，上层介质基板设置于 下层金属辐射板上面，上层金属辐射板设置于上层介质基板上面;在下层金属辐射板上设 置同轴馈电点，用于馈入电磁波信号;所述下层金属辐射板用于通过所述馈电点辐射出较 低频点的圆极化波，所述上层金属辐射板用于通过所述馈电点辐射出较高频点的圆极化 波。
[0006] 2.所述金属反射底板设置于下层介质基板的下表面，或距离下层介质基板的下表 面有一定的距离;所述下层金属辐射板设置于下层介质基板的上表面;所述上层介质基板 设置于下层金属辐射板的上表面;所述上层金属辐射板设置于上层介质基板的上表面。 [0007] 3.所述上层金属辐射板和下层金属辐射板的形状为矩形。
[0008] 4.所述下层金属辐射板上设置一个馈电点，所述上层金属辐射板和下层金属辐射 板的形状为切除一对对角的矩形，所述馈电点设置在下层金属辐射板的水平横轴或竖直纵 轴上，用于实现圆极化;所述切角为三角形。
[0009] 5.所述下层金属辐射板上设置两个馈电点，用于实现圆极化;第一馈电点连接功 率分配器的一个输出端，功率分配器的另一个输出端经过90度移相器连接第二馈电点。
[0010] 6.所述上层金属辐射板和下层金属辐射板的形状均为正方形，所述下层金属辐射 板的边长约
，其中，λ为天线较低频点工作中心频点在自由空间中的一个波长，ε 为下层介质基板的介电常数;所述上层金属辐射板的边长约
其中，λ'为天线 较高频点工作中心频点在自由空间中的一个波长，ε'为上层介质基板的介电常数。
[0011] 7.所述馈电点到下层金属辐射板中心的距离在
的基础上进行微调，微 调范围一般不超过20% ;λ为天线较低频点工作中心频点在自由空间中的一个波长，ε为下 层介质基板的介电常数。
[0012] 8.所述下层介质基板和上层介质基板形状为矩形，上层介质基板的面积大于上层 金属福射板的面积，下层介质基板的面积大于下层金属福射板的面积。
[0013] 9.所述下层介质基板厚度范围选择在0.0U~ο. 15λ之间，所述上层介质基板厚度 范围选择在〇. 〇〇5λ~0. 〇1λ之间。
[0014] 10.所述微带天线下层金属辐射板和金属反射底板之间也可以使用空气充当介质 基板。
[0015] 本发明的技术效果：
[0016] 本发明提出的一种双层耦合双频圆极化微带天线，具有以下特点：
[0017] 1.本发明的双层耦合双频圆极化微带天线，只在下层金属辐射板上设置馈电点馈 电，采用空间耦合辐射方式，使微带天线可以同时工作于两个频点，不使用合路器，避免了 对信号的损失。包括金属反射底板、下层介质基板、下层金属辐射板、上层介质基板、上层金 属辐射板以及馈电点;在金属反射底板上依次设置下层介质基板、下层金属辐射板、上层介 质基板、上层金属辐射板;馈电点位于下层金属辐射板上，用于馈入电磁波信号；通过下层 金属辐射板直接辐射出较低频点圆极化波，并且通过空间耦合的方式辐射出较高频点圆极 化波至上层金属辐射板。
[0018] 2.本发明的双层耦合双频圆极化微带天线尤其适用于接收北斗双频点的电磁波 信号，其下层金属辐射板和上层金属辐射板的形状采用正方形，下层金属辐射板的边长约 为0.54/·^，其中，λ为天线较低频点工作中心频点在自由空间中的一个波长，ε为下层介质 基板的介电常数;上层金属辐射板的边长约为其中，λ'为天线较高频点工作中心 频点在自由空间中的一个波长，ε'为上层介质基板的介电常数，其中下层金属辐射板和下 层介质基板组成的微带天线用于接收较低频点的电磁波信号，如北斗Β3(频点为 1268.52MHz，带宽为20.46MHz)，上层金属福射板和上层介质基板组成的微带天线用于接收 较高频点的电磁波信号，如北斗Β1 (频点为1561.098MHz，带宽为4.092MHz)，完全满足北斗 双频卫星导航接收机对天线带宽的要求。
【附图说明】
[0019] 图1为本发明的双层耦合双频微带天线结构示意图。
[0020] 图2为本发明的双层耦合双频微带天线的单馈电点圆极化示意图。
[0021] 图3为本发明的双层耦合双频微带天线的双馈电点圆极化示意图。
[0022] 图4为本发明实施例的双层耦合双频微带天线的驻波图。
[0023] 图5为本发明实施例的双层耦合双频微带天线的B1频点方向图。
[0024] 图6为本发明实施例的双层耦合双频微带天线的B3频点方向图。
[0025]附图标记列示如下：卜金属反射底板，2-馈电点，3-下层介质基板，4-下层金属辐 射板，5-上层介质基板，6-上层金属福射板。
【具体实施方式】
[0026] 以下结合附图对本发明的实施例做进一步的详细说明。
[0027] 如图1所示，为本发明的双层耦合双频微带天线结构示意图。一种双层耦合双频微 带天线，包括金属反射板1、馈电点2、下层介质基板3、下层金属辐射板4、上层介质基板5和 上层金属辐射板6;下层介质基板3设置于金属反射底板1上面，下层金属辐射板4设置于下 层介质基板3上面，上层介质基板5设置于下层金属辐射板4上面，上层金属辐射板6设置于 上层介质基板5上面，在下层金属辐射板4上设置同轴馈电点2,用于馈入电磁波信号；下层 金属辐射板4用于通过馈电点2辐射出较低频点的圆极化波，上层金属辐射板6用于通过馈 电点2辐射出较高频点的圆极化波。其中，金属反射底板1可以设置于下层介质基板3的下表 面，或距离下层介质基板3的下表面有一定的距离，下层金属辐射板4可以设置于下层介质 基板3的上表面，上层介质基板5设置于下层金属辐射板4的上表面，上层金属辐射板6设置 于上层介质基板5的上表面。
[0028] 本发明实施例的双层耦合双频微带天线的上层金属辐射板和下层金属辐射板的 形状为矩形。圆极化方式可以通过在下层金属辐射板4设置一个馈电点和将矩形金属辐射 板切除一对对角实现，如图2所示。所述馈电点2设置在下层金属辐射板4的水平横轴X轴或 竖直纵轴Y轴上，上层金属辐射板和下层金属辐射板均为切除一对对角的矩形，切角为三角 形。当单馈电点位置在Y轴上，切角在1，3象限时，天线为右旋圆极化天线；切角在2,4象限 时，天线为左旋圆极化天线。当单馈电点位置在X轴上，切角在1，3象限时，天线为左旋圆极 化天线;切角在2，4象限时，天线为右旋圆极化天线。
[0029] 另外，本发明的双层耦合双频微带天线的圆极化方式也可通过在下层金属辐射板 上设置双馈电点加功分相移网络实现，如图3所示。将两个馈电点分别设置于下层金属辐射 板4的水平横轴X轴和竖直纵轴Y轴上，并且到下层金属辐射板中心的距离相等，第一馈电点 连接功率分配器的一个输出端，功率分配器的另一个输出端经过90度移相器连接第二馈电 点。采用双馈电点添加功分相移网络时，通过构造两个方向正交、幅度相等、相位差为90°的 两个电场分量，当电场矢量沿波的来向看由90°指向0°按左手螺旋旋转，则为左旋圆极化， 当电场矢量沿波的来向看由90°指向0°按右手旋转，则为右旋圆极化。
[0030] 本发明实施例中，以北斗B1(频点为1561.098MHz，带宽为4.092MHz)和B3(频点为 1268.52MHz，带宽为20.46MHz)双频点接收要求为例，将下层金属辐射板4和上层金属辐射 板6的形状设置为正方形，下层金属辐射板4的边长约为0.5ΛΑ/Γ，其中，λ为天线较低频点 工作中心频点在自由空间中的一个波长，ε为下层介质基板的介电常数;上层金属辐射板6 的边长约为〇,5^/U、'，其中，λ'为天线较高频点工作中心频点在自由空间中的一个波长，ε ' 为上层介质基板的介电常数。馈电点到下层金属辐射板中心的距离在的基础上 进行微调，微调范围一般不超过20% ;λ为天线较低频点工作中心频点在自由空间中的一个 波长，ε为下层介质基板的介电常数。
[0031] 另外，下层介质基板3和上层介质基板5也可以选择相同介电常数的材料或不同介 电常数的材料，以调节下层金属辐射板4和上层金属辐射板6的尺寸和辐射频率;其厚度也 影响天线的辐射效率和工作带宽，本实施例下层介质基板3的厚度范围选择在0.0U~0.15 λ之间，上层介质基板5厚度范围选择在0.005λ~〇. 〇1λ之间，以提高天线的辐射效率和工作 带宽；下层介质基板3和上层介质基板5形状为矩形，上层介质基板5的面积大于上层金属辐 射板6的面积，下层介质基板3的面积大于下层金属福射板4的面积。微带天线下层金属福射 板4和金属反射板1之间也可使用空气充当介质板，不使用介质基板。
[0032] 图4为本发明实施例的双层耦合双频微带天线的驻波图。纵坐标代表驻波比，横坐 标是频率，函数曲线表示各个频率点上天线的驻波比。驻波比理想值等于1，表示馈线和天 线的阻抗完全匹配，此时高频能量全部被天线辐射出去，没有能量的反射损耗;驻波比为无 穷大时，表示全反射，能量完全没有福射出去。
[0033] 图5为本发明实施例的双层耦合双频微带天线的Β1频点方向图，图6为本发明实施 例的双层耦合双频微带天线的Β3频点方向图。天线方向图是指在离天线一定距离处，辐射 场的相对场强（归一化模值)随方向变化的图形，半径坐标(-35~15)表示天线增益，用dB表 示，角度坐标表示天线辐射或接收电磁波的角度，函数曲线表示天线向各个方向辐射或接 收电磁波能力的强弱，用dB表示。
[0034] 应当指出，以上所述【具体实施方式】可以使本领域的技术人员更全面地理解本发明 创造，但不以任何方式限制本发明创造。因此，尽管本说明书和实施例对本发明创造已进行 了详细的说明，但是，本领域技术人员应当理解，仍然可以对本发明创造进行修改或者等同 替换;而一切不脱离本发明创造的精神和范围的技术方案及其改进，其均涵盖在本发明创 造专利的保护范围当中。
【主权项】
1. 一种双层耦合双频圆极化微带天线，其特征在于，包括金属反射底板、下层介质基 板、下层金属辐射板、上层介质基板、上层金属辐射板以及馈电点；所述下层介质基板设置 于金属反射底板上面，下层金属辐射板设置于下层介质基板上面，上层介质基板设置于下 层金属辐射板上面，上层金属辐射板设置于上层介质基板上面;在下层金属辐射板上设置 同轴馈电点，用于馈入电磁波信号;所述下层金属辐射板用于通过所述馈电点辐射出较低 频点的圆极化波，所述上层金属辐射板用于通过所述馈电点辐射出较高频点的圆极化波。2. 根据权利要求1所述的双层耦合双频圆极化微带天线，其特征在于，所述金属反射底 板设置于下层介质基板的下表面，或距离下层介质基板的下表面有一定的距离;所述下层 金属辐射板设置于下层介质基板的上表面;所述上层介质基板设置于下层金属辐射板的上 表面;所述上层金属辐射板设置于上层介质基板的上表面。3. 根据权利要求2所述的双层耦合双频圆极化微带天线，其特征在于，所述上层金属辐 射板和下层金属辐射板的形状为矩形。4. 根据权利要求3所述的双层耦合双频圆极化微带天线，其特征在于，所述下层金属辐 射板上设置一个馈电点，所述上层金属辐射板和下层金属辐射板的形状为切除一对对角的 矩形，所述馈电点设置在下层金属辐射板的水平横轴或竖直纵轴上，用于实现圆极化;所述 切角为三角形。5. 根据权利要求3所述的双层耦合双频圆极化微带天线，其特征在于，所述下层金属辐 射板上设置两个馈电点，用于实现圆极化;第一馈电点连接功率分配器的一个输出端，功率 分配器的另一个输出端经过90度移相器连接第二馈电点。6. 根据权利要求4或5所述的双层耦合双频圆极化微带天线，其特征在于，所述上层金 属辐射板和下层金属辐射板的形状均为正方形，所述下层金属辐射板的边长约为 0.5乂/'，其中，λ为天线较低频点工作中心频点在自由空间中的一个波长，ε为下层介质基 板的介电常数;所述上层金属辐射板的边长约为0.52'.W/，其中，λ'为天线较高频点工作中 心频点自由空间中的一个波长，ε '为上层介质基板的介电常数。7. 根据权利要求6所述的双层耦合双频圆极化微带天线，其特征在于，所述馈电点到下 层金属辐射板中心的距离在(〇.U)/V[ :的基础上进行微调，微调范围一般不超过20% ;λ为 天线较低频点工作中心频点在自由空间中的一个波长，ε为下层介质基板的介电常数。8. 根据权利要求1所述的双层耦合双频圆极化微带天线，其特征在于，所述下层介质基 板和上层介质基板形状为矩形，上层介质基板的面积大于上层金属辐射板的面积，下层介 质基板的面积大于下层金属辐射板的面积。9. 根据权利要求1所述的双层耦合双频圆极化微带天线，其特征在于，所述下层介质基 板厚度范围选择在〇. OU~0.15λ之间，所述上层介质基板厚度范围选择在〇. 〇〇5λ~〇. OU 之间。10. 根据权利要求1所述的双层耦合双频圆极化微带天线，其特征在于，所述微带天线 下层金属辐射板和金属反射底板之间也可以使用空气充当介质基板。
【文档编号】H01Q1/36GK106025515SQ201610228550
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年4月13日
【发明人】不公告发明人
【申请人】北京东方联星科技有限公司