专利名称：基于缝隙阵列的北斗矩形陶瓷微带天线的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种微带天线，尤其是涉及一种用于北斗卫星与GPS定位系统的小型化缝隙阵列陶瓷微带天线。
背景技术：
我国于2003年建成了“北斗"双星导航定位系统。“北斗”卫星导航定位系统是全天候、全日时提供卫星导航定位信息的区域导航系统，用户可随时接收到卫星广播的询问信号。它是我国第一代卫星导航定位系统，是我国独立自主开发、研制和建立的可以提供全天候、高精度、大范围、快速实时定位的区域性卫星导航定位系统。其定位原理系采用3球交会测星原理进行定位，以2颗卫星为球心，2球心至用户的距离为半径可画出2个球面，另一个球面是以地心为球心，画出以用户所在位置点至地心的距离为半径的球面，3个球面的交会点即为用户的位置。北斗卫星导航定位系统由空间卫星、地面主控站(控制中心)与标校站和用户终端设备三大部分组成，它具有快速二维定位、双向简短报文通信和精密授时三大基本功能。然而天线作为卫星通信系统必不可缺少的一部分，它决定着卫星通信系统的性能。我国的第一代“北斗”卫星通信系统工作于上行(发射频率)L频段，下行(接收频率) S频段。使用双频或多频来补偿电离层传播造成的延时，要求天线在各个频率上都具有良好的工作性能。另外，由于卫星通信信号是圆极化波，因此天线应该呈现圆极化。在信息技术的迅猛发展今天，随着卫星通信系统的广泛应用，对卫星通信系统接收天线的研究层出不穷，如单极的、双极的、螺旋的、四臂螺旋的，以及微带天线，均可用于卫星通信系统的各种天线中。传统的微带天线因具有剖面低、体积小、重量轻、可共形、易集成、馈电方式灵活、便于获得线极化和圆极化等优点，已在移动通信，卫星通讯，导弹遥测， 多普勒雷达等许多领域获得了广泛的应用。但增益有限一直是微带天线的缺陷。缝隙天线于微带技术的结合是近年发展起来的新技术，它利用微带线结构与同轴线完成灵活馈电。杨晓冬等(杨晓冬，陈彭等，一种半U型开槽叠层宽带微带天线的设计[J]，哈尔滨工程大学学报，2008，四(3))报道了一种半U型开槽叠层宽带微带天线的设计；周信炎(周信炎，北斗一号中国卫星导航定位系统[J]，中国测绘报，2003，09)报道北斗一号中国卫星导航定位系统。
发明内容
本发明的目的在于提供一种尺寸适中、带宽较大、回波损耗较低、增益好、接收与发射信号频道干扰小，可按要求覆盖北斗卫星系统和GPS系统的基于缝隙阵列的北斗矩形陶瓷微带天线。本发明的设计频率为双频，其频段分别为1. 56 1. 64GHz与2. 44 2. 56GHz，可覆盖北斗卫星及卫星定位系统的工作频段。本发明设有基底和SMA接头。
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所述基底的上表面敷有上导体层，在上导体层上对称设有L型缝隙阵列，设在靠上导体层边的L型缝隙距离上导体层边为0. 5 4mm，而相邻两条L型缝隙的间距为0. 5 3mm, L型缝隙的宽度为0. 5 3mm，L型缝隙的缝隙水平长度与竖直长度分别为2 18mm ； 所述基底的下表面敷有下导体层，所述下导体层作为接地板；所述SMA接头分别与基底的上导电层和接地板相连。所述上导体层的长度可为35 55mm，宽度可为15 30mm，下导体层的长度可为 40 65mm，宽度可为18 35mm，所述上导体层可为铜层或银层，所述下导体层可为铜层或银层。所述L型缝隙的缝隙水平长度与竖直长度最好分别为10 18mm、8 16mm，L型缝隙的总长可为8 40mm，所述L型缝隙阵列的水平缝隙与竖直缝隙之间的夹角可为60 120°。这种结构使得L型缝隙阵列成为主辐射源，从而增强了方向性与增益。L型缝隙的长宽变化以及缝隙阵列间距变化可灵活控制频点位置及增益。所述基底可采用陶瓷介质基底，所述陶瓷介质基板的相对介电常数可为9 25， 最好为15. 5 ；所述陶瓷介质基板的长度可为40 65mm，宽度可为18 35mm，厚度可为1 4mm，所述陶瓷介质基板最好为25mmX50mmX2. 5mm的长方体。所述缝隙阵列对数可为至少2对。所述上导体层的主截面左上角正面靠边的这条L型缝隙距离上边为1 4mm，距离左边为1 4mm，在主截面左上角对称的右下角L型缝隙与邻边的距离分别为1 4mm，而内外两条L型缝隙的间距为0. 5 3mm。本发明与常规微带天线相比具有以下优点由于采用了以上结构，因此本发明具有双频工作频带，如1.6G频段与2.5G频段， 1. 6G频段为1. 56 1. 64G，绝对带宽为0. 08G，相对带宽为5%；2. 5频段为2. 44 2. 56G， 绝对带宽为0. 12GHz，相对带宽为4. 8%。由于采用了 L型缝隙阵列的结构与高介电常数基板。因此整个天线的尺寸得到了进一步的缩小，并且使天线的带宽得到了改善。综上所述，本发明采用L型缝隙阵列的结构，通过改变缝隙的参数、结构、数目实现高频和低频的变化，其对应的可调频率比的变化范围大，具有尺寸适中、结构简单、双频工作、带宽大、辐射特征好、受环境因素影响小、成本低、易集成等优点，可达到北斗卫星与 GPS导航等卫星通信系统对天线的要求。
图1为本发明实施例的结构组成示意图。图2为本发明实施例的主视结构示意图。图3为本发明实施例的回波损耗(S11)性能图。在图2中，横坐标表示频率 Frequency(GHz)，纵坐标表示回波损耗强度The return loss, ofthe antenna(dB)；在图中坐标为直角坐标。图4为本发明实施例的H面方向图。在图中坐标为极坐标。图5为本发明实施例的E面方向图。在图中坐标为极坐标。
具体实施例方式以下结合实施例和附图对本发明作进一步说明。参见图1和2，图中标记1为介电常数为15. 5的陶瓷介质基板，其长为50mm，宽为 25mm，高为2. 5mm。在陶瓷介质基板的上下两面覆有铜层，上表面为开了缝隙的覆铜层2，长为46mm、宽为19mm。在覆铜层2的左上角与右下角对称地开了两对长短不一的L型缝隙， 从而构成L型缝隙阵列，图中标记为4。L型缝隙阵列的相关参数对应如下左上角靠边的这条长L型缝隙距覆铜层2的上边与左边的距离分别为4mm士0. lmm, Imm士0. 1mm。其对称的另一条长L型缝隙与覆铜层2右下角两边的距离分别为Imm士0. lmm。而同一边的内外两条L型缝隙的间距为了 Imm士0. lmm。每条L型缝隙的宽度都为Imm士0. 1mm，其靠边的缝隙水平长度与竖直长度分别为14mm士0. lmm、12mm士0. 1mm，靠内的缝隙水平长度与竖直长度分别为IOmm士0. lmm、 8mm士0. lmm。陶瓷介质基板1的整个下表面都覆有铜层，作为L型缝隙阵列微带天线的接地板，在图中的标记为5。图中标记3为馈孔，它是半径为1.5mm士0.2mm，高度为 2. 5mm士0. 2mm，穿过陶瓷介质基板的空心圆柱。本发明中采用铜轴线偏馈的形式馈电，这种馈电形式使得天线的S11更低，增益增大。其中铜轴线的内芯与外层通过图中标记6的SMA 接头分别与陶瓷介质基板覆铜层2和接地板5相连。参见图3，从图3中可以看出，本发明的工作频段为1.56 1. 64GHz与2. 44 2.56GHz。在这两个工作频段内天线的回波损耗(Sll)都在-IOdB以下，在1.6G频段内的最小回波损耗为-19. 6575dB，2. 49G频段内的最小回波损耗为-31. 1689dB。由此可见，在整个通频带内天线的回波损耗性情都能达到要求。本发明在1.6GHz的绝对带宽与相对带宽分别为0. 08G与5% ；在2. 49GHz的绝对带宽与相对带宽分别为0. 12GHz与4. 8%，好于一般的贴片微带天线，可以很好地应用于北斗与GPS等卫星通信系统中。参见图4和5，图4为E面图，图5为H面图。从图中可以看出，本发明具有定向辐射特性，可以满足卫星通信系统的要求。表1给出本发明的制造加工误差对天线特性的影响情况。表 权利要求
1.基于缝隙阵列的北斗矩形陶瓷微带天线，其特征在于设有基底和SMA接头；所述基底的上表面敷有上导体层，在上导体层上对称设有L型缝隙阵列，设在靠上导体层边的L型缝隙距离上导体层边为0. 5 4mm，而相邻两条L型缝隙的间距为0. 5 3mm， L型缝隙的宽度为0. 5 3mm，L型缝隙的缝隙水平长度与竖直长度分别为2 18mm ；所述基底的下表面敷有下导体层，所述下导体层作为接地板；所述SMA接头分别与基底的上导电层和接地板相连。
2.如权利要求1所述的基于缝隙阵列的北斗矩形陶瓷微带天线，其特征在于所述上导体层的长度为35 55mm，宽度为15 30mm，下导体层的长度为40 65mm，宽度为18 35mm。
3.如权利要求1所述的基于缝隙阵列的北斗矩形陶瓷微带天线，其特征在于所述上导体层为铜层或银层，所述下导体层为铜层或银层。
4.如权利要求1所述的基于缝隙阵列的北斗矩形陶瓷微带天线，其特征在于所述L型缝隙的缝隙水平长度与竖直长度分别为10 18mm、8 16mm，L型缝隙的总长为8 40mm。
5.如权利要求1所述的基于缝隙阵列的北斗矩形陶瓷微带天线，其特征在于所述L型缝隙阵列的水平缝隙与竖直缝隙之间的夹角为60 120。。
6.如权利要求1所述的基于缝隙阵列的北斗矩形陶瓷微带天线，其特征在于所述基底采用陶瓷介质基底。
7.如权利要求6所述的基于缝隙阵列的北斗矩形陶瓷微带天线，其特征在于所述陶瓷介质基板的相对介电常数为9 25，最好为15. 5。
8.如权利要求6或7所述的基于缝隙阵列的北斗矩形陶瓷微带天线，其特征在于所述陶瓷介质基板的长度为40 65mm，宽度为18 35mm，厚度为1 4mm，所述陶瓷介质基板最好为25mmX50mmX2. 5mm的长方体。
9.如权利要求1所述的基于缝隙阵列的北斗矩形陶瓷微带天线，其特征在于所述缝隙阵列对数为至少2对。
10.如权利要求1所述的基于缝隙阵列的北斗矩形陶瓷微带天线，其特征在于所述上导体层的主截面左上角正面靠边的这条L型缝隙距离上边为1 4mm，距离左边为1 4mm， 在主截面左上角对称的右下角L型缝隙与邻边的距离分别为1 4mm ；内外两条L型缝隙的间距为0. 5 3mm。
全文摘要
基于缝隙阵列的北斗矩形陶瓷微带天线，涉及一种微带天线。提供一种尺寸适中、带宽较大、回波损耗较低、增益好、接收与发射信号频道干扰小，可按要求覆盖北斗卫星系统和GPS系统的基于缝隙阵列的北斗矩形陶瓷微带天线。设有基底和SMA接头；所述基底的上表面敷有上导体层，在上导体层上对称设有L型缝隙阵列，设在靠上导体层边的L型缝隙距离上导体层边为0.5～4mm，而相邻两条L型缝隙的间距为0.5～3mm，L型缝隙的宽度为0.5～3mm，L型缝隙的缝隙水平长度与竖直长度分别为2～18mm；所述基底的下表面敷有下导体层，所述下导体层作为接地板；所述SMA接头分别与基底的上导电层和接地板相连。
文档编号H01Q21/00GK102157798SQ201110040958
公开日2011年8月17日 申请日期2011年2月18日 优先权日2011年2月18日
发明者周建华, 周志微, 池金燕, 游佰强, 王天石, 蔡立绍, 陈苗苗, 黄天赠 申请人:厦门大学