CN104836015A - 一种宽带电容耦合层叠gnss天线 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种宽带电容耦合层叠GNSS天线，其中，所述天线由上到下依次设置有第一介质层、第二介质层、第三介质层和PCB板；其中，所述第一介质层的上表面连接有一上层辐射贴片，所述第一介质层的下表面通过一小圆盘与第二介质层的上表面连接，所述第二介质层的下表面通过一下层辐射贴片与第三介质层的上表面连接，所述第三介质层的下表面与所述PCB板上的反射板连接；还包括具有相同幅度的4根馈电探针，并且采用90°的相位差，其对称设计使得所述天线在辐射性能上得到显著提高，并且所制成的天线在所有频率上都可以保持高稳定性的优越性能，能完全覆盖卫星导航***中的频率范围。
Description
技术领域
本发明涉及卫星天线领域，尤其涉及一种宽带电容耦合层叠GNSS天线。
背景技术
目前全球有四大卫星导航***：美国的GPS***，中国的北斗***(COMPASS)，俄罗斯的格洛纳斯***(GLONASS)和欧洲的伽利略***(GALILEO)。这四个***覆盖频率范围1164-1300 MHz和1559-1610 MHz，因此寻找一种能完全覆盖这两个频率范围的天线成为当前的研究方向。
现有技术中，出现有螺旋天线、微带天线、电容耦合天线等，这些天线存在的主要问题如下：
1）、螺旋天线具有宽频带的特点，但是螺旋天线的辐射方向是双向的，要想获得单向辐射，通常需要在下面加λ/4深度的金属反射腔，这使得天线体积大且笨重；
2）、微带天线具有体积小、低剖面、可共形和成本低等优点。近年来，提出了几种双频带GPS（L1&L2）贴片天线，包括含有四个槽的单层贴片天线，层叠微带贴片天线。这些天线制备简单，且通过匹配网络便于提高阻抗带宽。但实验表明，其阻抗带宽还是过于窄，不能满足同时覆盖1164-1300 MHz和1559-1610 MHz的频率范围；
3）、电容耦合的层叠贴片天线可以提高天线带宽。已经证明具有两个电容耦合的单层贴片圆极化天线具有明显的带宽提升，这是因为对垂直部分探针引入的电感进行补偿导致带宽的提升。其他GNSS应用的两款天线也被提出，然而这些天线的增益带宽对于想要同时覆盖上述两个频率范围而言仍然是不够宽，尤其是在低频带。对于低频带来说，根据0-dB最小增益需求，每个天线的增益带宽分别是1164-1239 MHz和1150-1220 MHz，而GLONASS-L2(1243-1252MHz), GALILEO-E6 (1260-1300MHz)和COMPASS -B3（1258-1278 MHz）在频带外。并且，由于频带边缘频率处增益显著下降，使得频带边缘的性能与中间频带的性能相比差很多。
现有技术中并没有出现一种能完全覆盖所有的GNSS频带（1164-1300 MHz和1559-1610 MHz），且其体积小，辐射性能优越的天线。
因此，现有技术还有待于改进和发展。
发明内容
鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种宽带电容耦合层叠GNSS天线，旨在解决现有技术中天线不具有能有效提高天线带宽，且能完全覆盖两个卫星导航***频带的问题。
本发明的技术方案如下：
一种宽带电容耦合层叠GNSS天线，其中，所述天线由上到下依次设置有第一介质层、第二介质层、第三介质层和PCB板；其中，所述第一介质层的上表面连接有一上层辐射贴片，所述第一介质层的下表面通过一小圆盘与第二介质层的上表面连接，所述第二介质层的下表面通过一下层辐射贴片与第三介质层的上表面连接，所述第三介质层的下表面与所述PCB板的反射板连接；具体地，还包括有馈电探针，所述馈电探针贯穿于所述第二介质层、第三介质层和PCB板，所述馈电探针的一端连接于起电容作用的小圆盘，所述馈电探针的另一端连接于所述PCB板的馈电网络层。
所述宽带电容耦合层叠GNSS天线，其中，所述上层辐射贴片的形状为正方形或圆形；所述下层辐射贴片的形状为正方形或圆形。
所述宽带电容耦合层叠GNSS天线，其中，当所述上层辐射贴片的形状为圆形时，在所述上层辐射贴片对称设置有N个用于调节天线谐振频率的短截线结构；其中N为4的整数倍；
当所述下层辐射贴片的形状为圆形时，在所述下层辐射贴片上对称设置有N个用于调节天线谐振频率的短截线结构；其中N为4的整数倍。
所述宽带电容耦合层叠GNSS天线，其中，所述下层辐射贴片的半径大于所述上层辐射贴片的半径；其中所述下层辐射贴片用于低频段，所述上层辐射贴片用于高频段。
所述宽带电容耦合层叠GNSS天线，其中，所述天线包括有4根馈电探针。
所述宽带电容耦合层叠GNSS天线，其中，所述4个馈电探针分别到所述天线的中心轴上的距离相等，且相邻两个馈电探针之间的相位差为90°。
所述宽带电容耦合层叠GNSS天线，其中，所述PCB板的上表面为一用于与所述第三介质层下表面连接的反射板，所述PCB板的下表面为一用于放置馈电网络层的馈电网络层。
所述宽带电容耦合层叠GNSS天线，其中，所述馈电网络层由3个wilkson功分器和3个宽带相移器所组成。
所述宽带电容耦合层叠GNSS天线，其中，所述反射板的表面设置有若干用于馈电探针贯穿的过孔，所述反射板的表面除了过孔外的其它位置全部覆盖有铜。
所述宽带电容耦合层叠GNSS天线，其中，所述小圆盘的数量与所述馈电探针的数量相同。
有益效果：本发明提供一种宽带电容耦合层叠GNSS天线，其主结构由上到下依次设置有第一介质层、第二介质层、第三介质层和PCB板；其中，所述第一介质层的上表面连接有一上层辐射贴片，所述第一介质层的下表面通过一小圆盘与第二介质层的上表面连接，所述第二介质层的下表面通过一下层辐射贴片与第三介质层的上表面连接，所述第三介质层的下表面与所述PCB板的反射板连接，另外，本发明还采用具有相同幅度的4根馈电探针，并且采用90°的相位差，其对称设计使得所述天线在辐射性能上得到显著提高，并且所制成的天线在所有频率上都可以保持高稳定性的优越性能，能完全覆盖卫星导航***中的频率范围。
附图说明
图1为本发明所述宽带电容耦合层叠GNSS天线的俯视图。
图2为本发明所述宽带电容耦合层叠GNSS天线中A部分的剖视图。
图3为本发明所述宽带电容耦合层叠GNSS天线的仰视图。
图4为本发明所述宽带电容耦合层叠GNSS天线的S参数仿真图。
具体实施方式
本发明提供一种宽带电容耦合层叠GNSS天线，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
请参见图1至图3，如图所示，本发明提供一种宽带电容耦合层叠GNSS天线，其中，所述天线由上到下依次设置有第一介质层2、第二介质层3、第三介质层5和PCB板7；其中，所述第一介质层2的上表面连接有一上层辐射贴片1，所述第一介质层2的下表面通过一小圆盘10与第二介质层3的上表面连接，所述第二介质层3的下表面通过一下层辐射贴片4与第三介质层5的上表面连接，所述第三介质层5的下表面与所述PCB板中的反射板6连接；具体地，还包括有馈电探针9，所述馈电探针9贯穿于所述第二介质层3、第三介质层5和PCB板7，所述馈电探针9的一端连接于起电容作用的小圆盘10，所述馈电探针9的另一端连接于所述PCB板7的馈电网络层8。
本发明所述宽带电容耦合层叠GNSS天线能完全覆盖1164-1300 MHz和1559-1610 MHz两个频率范围，并保持高稳定性。另外本发明中所述馈电探针采用对称结构设置，使得天线在辐射性能上得到显著提高，其圆极化纯度能有效提高。
较佳实施例中，所述上层辐射贴片1和所述下层辐射贴片4的形状为正方形或圆形。具体地，可以是所述上层辐射贴片1和所述下层辐射贴片4均为正方形，可以是所述上层辐射贴片1和所述下层辐射贴片4均为圆形，还可以是其中一个为正方形，一个为圆形。当然，也可以采用其他的结构，而当二者均为圆形时，所述天线的辐射性能最佳。
具体地，当所述上层辐射贴片1和/或所述下层辐射贴片4的形状为圆形时，在所述上层辐射贴片1和/或所述下层辐射贴片4上对称设置有N个用于调节天线谐振频率的短截线结构（图2中每个辐射贴片上所凸出的部分）；其中N为4的整数倍。所述短截线结构的材料与所述上层辐射贴片1和/或所述下层辐射贴片4的材料相同。
进一步地，在一种所有主结构均为圆形的实施例中，如第一介质层、第二介质层、PCB板、上层辐射贴片和下层辐射贴片均为圆形的实施例中，所述下层辐射贴片4的半径大于所述上层辐射贴片1的半径，如所述上层辐射贴片1的半径可以小于所述第一介质层2（或第二介质层3），而所述下层辐射贴片可以大于所述第一介质层2的半径而小于所述PCB板7的半径。其中所述下层辐射贴片4用于低频段，所述上层辐射贴片1用于高频段。通过本发明，能有效提升天线的增益带宽，使其能覆盖所有的GNSS频带(即覆盖1164-1300 MHz和1559-1610 MHz两个频率范围)。
本发明实施例中所述馈电探针9贯穿于所述第二介质层3、第三介质层5和PCB板7，即所述第二介质层3、第三介质层5和PCB板7中均设置有若干供馈电探针穿过的过孔，而所述馈电探针9的一端连接于起电容作用的小圆盘10，所述馈电探针9的另一端连接于所述PCB板7上的馈电网络层8。具体地，所述小圆盘所采用的材料与所述馈电探针相同，其具有存储电荷的作用，本发明中通过引入所述小圆盘进行补偿，使得所述天线的带宽能有效提高。
进一步地，所述天线包括有4根馈电探针9，它们分别到所述天线的中心轴上的距离相等，且相邻两个馈电探针9之间的相位差为90°，即所述馈电探针9呈对称方式均匀分布，相位依次相差90°，分别为0°、90°、180°和270°，其能使所述天线的圆极化纯度有效提高。
另外，所述PCB板7的上表面为一用于与所述第三介质层5下表面连接的反射板6，所述PCB板7的下表面为一用于放置馈电网络的馈电网络层8。其中，所述反射板6的表面除了过孔外的其它位置全部覆盖有铜，而所述馈电网络层8由3个wilkson功分器和3个宽带相移器所组成。
如图4所示，从该S参数仿真图中可以清楚看出，采用本发明所述天线，其能完全覆盖所用的GNSS频带。
综上所述，本发明针对现有技术，提出一种具有多层介质和辐射贴片交替设置的天线，且采用对称的馈电探针结构并引入作为电容的小圆盘，，其对称设计使得所述天线在辐射性能上得到显著提高，并且所制成的天线在所有频率上都可以保持高稳定性的优越性能，能完全覆盖卫星导航***中的频率范围。
应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
Claims (9)
1.一种宽带电容耦合层叠GNSS天线，其特征在于，所述天线由上到下依次设置有第一介质层、第二介质层、第三介质层和PCB板；其中，所述第一介质层的上表面连接有一上层辐射贴片，所述第一介质层的下表面通过一小圆盘与第二介质层的上表面连接，所述第二介质层的下表面通过一下层辐射贴片与第三介质层的上表面连接，所述第三介质层的下表面与所述PCB板的上表面连接；所述PCB板的上表面为一用于与所述第三介质层下表面连接的反射板，所述PCB板的下表面为一用于放置馈电网络的馈电网络层；
还包括有馈电探针，所述馈电探针贯穿于所述第二介质层、第三介质层和PCB板，所述馈电探针的一端连接于起电容作用的小圆盘，所述馈电探针的另一端连接于所述馈电网络层；所述小圆盘的数量与所述馈电探针的数量相同。
2.根据权利要求1所述宽带电容耦合层叠GNSS天线，其特征在于，所述上层辐射贴片的形状为正方形或圆形；所述下层辐射贴片的形状为正方形或圆形。
3.根据权利要求2所述宽带电容耦合层叠GNSS天线，其特征在于，当所述上层辐射贴片的形状为圆形时，在所述上层辐射贴片对称设置有N个用于调节天线谐振频率的短截线结构；其中N为4的整数倍；
当所述下层辐射贴片的形状为圆形时，在所述下层辐射贴片上对称设置有N个用于调节天线谐振频率的短截线结构；其中N为4的整数倍。
4.根据权利要求3所述宽带电容耦合层叠GNSS天线，其特征在于，所述下层辐射贴片的半径大于所述上层辐射贴片的半径；其中所述下层辐射贴片用于低频段，所述上层辐射贴片用于高频段。
5.根据权利要求1所述宽带电容耦合层叠GNSS天线，其特征在于，所述天线包括有4根馈电探针。
6.根据权利要求5所述宽带电容耦合层叠GNSS天线，其特征在于，所述4个馈电探针分别到所述天线的中心轴上的距离相等，且相邻两个馈电探针之间的相位差为90°。
7.根据权利要求1所述宽带电容耦合层叠GNSS天线，其特征在于，所述馈电网络层由3个wilkson功分器和3个宽带相移器所组成。
8.根据权利要求1所述宽带电容耦合层叠GNSS天线，其特征在于，所述反射板的表面设置有若干用于馈电探针贯穿的过孔，所述反射板的表面除了过孔外的其它位置全部覆盖有铜。
9.根据权利要求1所述宽带电容耦合层叠GNSS天线，其特征在于，
所述小圆盘的数量与所述馈电探针的数量相同。
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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