CN107743739B - 小型双频圆极化微带天线 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种小型双频圆极化微带天线，包括：一个金属底板，一个位于金属底板的下层介质基板，一个位于下层介质基板上的下层贴片，一个位于下层贴片上的上层介质基板，及一个位于上层介质基板上的上层贴片，在下层贴片上设有馈电点，该馈电点位于天线水平轴线上且位于天线垂直轴线的一侧，在上层贴片上设有另一馈电点，该另一馈电点位于天线垂直轴线上且位于天线水平轴线的一侧，在所述金属底板的下方设有金属基座且所述金属底板被放置在金属基座上，所述金属基座的尺寸大于或等于金属底板。与现有技术相比，本发明天线具有半球状辐射图，良好的驻波比、轴比、小尺寸、低质量以及低剖面，并具有良好的轴比带宽等优良性能。

Description

小型双频圆极化微带天线

技术领域

本发明涉及一种小型双频圆极化微带天线，用于机载接收机、弹载接收机、星载接收机、车载接收机、手持接收机等多种形式的接收设备。

背景技术

目前，卫星定位***、卫星通信***已经获得了非常广泛的应用。通常要求卫星定位***、卫星通信***中接收通信设备的天线具有半球状辐射图，良好的驻波比、轴比以及低剖面，并具有良好的轴比带宽等要求。虽然已经具有多种实用的各种天线，可以应用于这些技术领域，包括螺旋天线、振子与微带组合天线、以及采用90度移相功分馈电网络的微带天线等，特别是双频圆极化微带天线，该天线目前已经实际使用，同时已经申报国防专利，专利申请号为200610120726.4。

然而，螺旋天线、振子与微带组合天线体积大，后向辐射大，因此使用中带来了很多不便，尤其是不能适用于弹载接收机、机载接收机等飞行***。而采用90度移相馈电的微带天线需要额外增加90度移相功分器，而且设计中频点、介质介电常数的组合受到很大限制，并且性能也比较差，成本较高。

双频圆极化微带天线一般具有较大尺寸，成本较高，同时其轴比较差。

发明内容

本发明提供一种能够改善并提高天线两个工作频点的轴比特性和增益特性的小型双频圆极化微带天线，本发明能够广泛用于机载接收机、弹载接收机、车载接收机、手持接收机等多种形式的接收设备的天线。

本发明采用如下技术方案：

一种小型双频圆极化微带天线，包括：

一个金属底板，

一个位于金属底板的下层介质基板，

一个位于下层介质基板上的下层贴片，

一个位于下层贴片上的上层介质基板，

及一个位于上层介质基板上的上层贴片，

在下层贴片上设有馈电点，该馈电点位于天线水平轴线上且位于天线垂直轴线的一侧，在上层贴片上设有另一馈电点，该另一馈电点位于天线垂直轴线上且位于天线水平轴线的一侧，在所述金属底板的下方设有金属基座且所述金属底板被放置在金属基座上，所述金属基座的尺寸大于或等于金属底板。

本发明的一个优化技术措施是：在金属基座内设有空腔。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

本发明是一种基于卫星定位、卫星通信***、能够广泛应用于机载接收机、弹载接收机、车载接收机、手持接收机等多种形式的接收设备的天线。该天线具有半球状辐射图，良好的驻波比、轴比、小尺寸、低质量以及低剖面，并具有良好的轴比带宽等优良性能。本发明的尺寸一般只有双频圆极化微带天线的四分之一，甚至更小，因此在使用材料上大大节省，同时由于体积更为小巧、质量更小，因此更为适合机载、弹载、星载和个人移动接收机中，当然用于车载、舰载也为便利。

金属基座，尤其是在尺寸上大于等于金属底板的金属基座的采用，改善了天线两个工作频点的轴比特性、增益特性。而金属基座内部为一空腔，一方面可以降低天线的质量，同时可以放置射频电路，比如低噪放电路和功放电路。

下层贴片为一准正方形，对应于之一对角线方向的两个顶角被切去两个等腰三角形，可以根据圆极化方向选择其中的一个对角线方向切除下层贴片顶角。上层贴片也为一准正方形，对应于之一对角线方向的两个顶角被切去两个等腰三角形，可以根据圆极化方向选择其中的一个对角线方向切除上层贴片顶角。上层介质板和下层介质板介电常数可以相同，也可以不同。两个频点都是用于接收，则一般下层介质和下层贴片对应于较低的频点，而上层介质和上层贴片对应于较高的频点；如果两个频点中有一个是接收频点，一个是发射频点，则把上层介质和上层贴片对应于发射频点，而下层介质和下层贴片对应于接收频点，以有效的实现对于发射频点信号的隔离。两个同轴接头，分别位于天线垂直和水平的两根轴线上，并且可以根据需要选择不同的同轴线芯径，以实现最佳的阻抗匹配，其中一个接头穿过金属基座、金属底板和下层介质与下层贴片相连，一个接头穿过金属基座、金属底板、下层介质、下层贴片和上层介质，与上层贴片相连。该天线体积小巧，剖面低，质量小，具有半球辐射方向图，主要用于卫星定位接收***和卫星通信***。

附图说明

在结合附图阅读下列详细描述后，本发明的上述目的、其它特征和优点都会更明显，其中：

图1为本发明的结构示意图，其中，图1A是本发明的结构主视图，图1B是

上层贴片俯视图，图1C是下层贴片俯视图，图1D是金属底板俯视图，图1E是金属基座的俯视图；

图2示出了根据本发明的小型双频圆极化微带天线中接收频段与回波损耗间的关系曲线图；

图3示出了根据本发明的小型双频圆极化微带天线中发射频段与回波损耗间的关系曲线图；

图4示出了根据本发明的小型双频圆极化微带天线中两端口隔离与频率之间的关系曲线图；

图5示出了根据本发明的小型双频圆极化微带天线中接收频段增益与仰角间的关系曲线图，图中不同的曲线对应不同方位角，方位角分别为0度，10度，20度…，360度；

图6示出了根据本发明的小型双频圆极化微带天线中接收频段轴比与仰角间的关系曲线图，图中不同的曲线对应不同方位角，方位角分别为0度，10度，20度…，360度；

图7示出了根据本发明的小型双频圆极化微带天线中发射频段增益与仰角间的关系曲线图，图中不同的曲线对应不同方位角，方位角分别为0度，10度，20度…，360度；

图8示出了根据本发明的小型双频圆极化微带天线中发射频段轴比与仰角间的关系曲线图，图中不同的曲线对应不同方位角，方位角分别为0度，10度，20度…，360度；

具体实施方式

一种小型双频圆极化微带天线，包括：一个金属底板5，一个位于金属底板5的下层介质基板4，一个位于下层介质基板4上的下层贴片3，一个位于下层贴片3上的上层介质基板2，及一个位于上层介质基板2上的上层贴片1，在下层贴片3上设有馈电点11，该馈电点11位于天线水平轴线上且位于天线垂直轴线的一侧，在上层贴片1上设有另一馈电点9，该另一馈电点9位于天线垂直轴线上且位于天线水平轴线的一侧，在所述金属底板5的下方设有金属基座14且所述金属底板5被放置在金属基座14上，所述金属基座14的尺寸大于或等于金属底板5。在金属基座14内设有空腔15。

在本实施例中，金属基座14、金属底板5、下层介质基板4、上层介质基板2均为圆形，或者，金属基座14、金属底板5、下层介质基板4及上层介质基板2均为正方形，下层贴片3的形状为相互拼接的共底且以底对称的两个等腰梯形，该两个等腰梯形的腰及腰的延长线构成正方形，上层贴片1的形状也为相互拼接的共底且以底对称的两个等腰梯形，该两个等腰梯形的腰及腰的延长线构成正方形。

下面参加本发明的一个优选实施例的详细内容，实施例结合附图进行说明。在可能的情况下，用于所有附图和说明的同一标号表示相同或相似的部分。该实施例是中国北斗一代定位接收机中采用的小型双频微带天线，其具有特别代表性，因为它具有两个频点，一个是发射频率，一个是接收频率，因此设计中不仅需要考虑两个频点、圆极化等双频微带天线要考虑的问题，还需要考虑接收端口和发射端口的隔离问题。此外该类型的接收机不仅需要正常的接收卫星信号，而且还需要发射信号，实现与卫星的双向通信。因此即代表了卫星通信***中接收机天线的特征，也代表了卫星定位***中接收机天线的特征。应用本发明的天线可以方便的应用于其它卫星通信接收机中，也可以方便用于其它定位***中，如北斗二代定位接收机、GPS定位接收机、加利略定位接收机等多种定位接收设备中。本发明专利申请得到国家自然科学基金委创新群体基金60621002的资助。

图1示出了根据本发明双频圆极化微带天线的侧视图和上层贴片、下层贴片、金属底板和金属基座的俯视图。其中一个金属底板位于金属基座14之上，同时金属基座内部是个空腔15，可以用于放置低噪放和功放等电路；一个介质基板位于金属底板5上，为下层介质基板4；一个贴片位于下层介质基板4上，为下层贴片3；一个介质基板位于下层贴片3上，为上层介质基板2；一个贴片位于上层介质基板2上，为上层贴片1。金属基座14、金属底板5、下层介质基板4、上层介质基板2均为正方形，且下层介质基板4和上层介质基板2尺寸相同，而金属底板尺寸5和下层介质基板相同，金属基座14具有合适的高度和边长，以改善天线两个工作频点的轴比和增益特性。下层贴片3为一准正方形，对应于之一对角线方向的两个顶角被切去两个等腰三角形10，可以根据圆极化方向选择其中的一个对角线方向切除下层贴片顶角。上层贴片1也为一准正方形，对应于之一对角线方向的两个顶角被切去两个等腰三角形8，可以根据圆极化方向选择其中的一个对角线方向切除上层贴片顶角。上层介质板2和下层介质板4介电常数可以相同，也可以不同。两个同轴馈电接头6和7，分别位于天线垂直和水平的两根轴线上，并且可以根据需要选择不同的同轴线芯径，以实现最佳的阻抗匹配，其中一个接头6穿过金属基座14、金属底板5和下层介质4与下层贴片3相连，一个接头穿过金属基座14、金属底板5、下层介质4、下层贴片3和上层介质2，与上层贴片1相连。

在该实施例中，金属基座为14为铝合金，长和宽都为54mm，高度为15mm，内部空腔腔体15长宽都为50mm，高位12mm；金属底板5为铜箔，厚度为18um，长和宽都是50mm；下层介质基板4的介电常数为2.55，厚度为1mm，长和宽都是50mm；下层贴片3为铜箔，厚度18um，长和宽为31.5mm，切角直角等边三角形10的边长为2.15mm；上层介质基板2的介电常数为9.8，度为2.5mm，长和宽都是50mm上层贴片1为铜箔，厚度18um，长和宽为28.3mm，切角直角等边三角形8的边长为2.35mm；同轴馈电线7位于天线垂直中心线向下4.2mm，同轴芯径半径为0.7mm，同轴馈电线6为天线水平中心线向右7.0mm，同轴芯径半径为0.7mm。相应的在金属底板5、下层介质4、下层贴片3、上层介质2、上层贴片1上要开孔，以实现馈电，如孔12，孔13，其中在下层介质和上层介质上没有把孔标出。该天线上层辐射贴片2对应工作频率为1.616GHz，该频点为发射频点，左旋圆极化；下层辐射贴片4对应工作频率为2.492GHz，对应接收频点，右旋圆极化。其工作特性分别如图2到图8所示。

尽管本发明已经参照附图和优选实施例进行了说明，但是，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。本发明的各种更改、变化，和等同物有所附的权利要求书的内容涵盖。

Claims (3)

1.一种小型双频圆极化微带天线，包括：

一个金属底板(5)，

一个位于金属底板(5)上的下层介质基板(4)，

一个位于下层介质基板(4)上的下层贴片(3)，

一个位于下层贴片(3)上的上层介质基板(2)，

及一个位于上层介质基板(2)上的上层贴片(1)，

在下层贴片(3)上设有馈电点(11)，该馈电点(11)位于天线水平轴线上且位于天线垂直轴线的一侧，在上层贴片(1)上设有另一馈电点(9)，该另一馈电点(9)位于天线垂直轴线上且位于天线水平轴线的一侧，

其特征在于：

在所述金属底板(5)的下方设有金属基座(14)且所述金属底板(5)被放置在金属基座(14)上，所述金属基座(14)的尺寸大于或等于金属底板(5)，在金属基座(14)内设有内部空腔腔体(15)，金属基座(14)为铝合金，长和宽都为54mm，高度为15mm，内部空腔腔体(15)长宽都为50mm，高为12mm。

2.根据权利要求1所述的小型双频圆极化微带天线，其特征在于金属基座(14)、金属底板(5)、下层介质基板(4)、上层介质基板(2)均为圆形。

3.根据权利要求1所述的小型双频圆极化微带天线，其特征在于金属基座(14)、金属底板(5)、下层介质基板(4)及上层介质基板(2)均为正方形，下层贴片(3)的形状为相互拼接的共底且以底对称的两个等腰梯形，该两个等腰梯形的腰及腰的延长线构成正方形，上层贴片(1)的形状也为相互拼接的共底且以底对称的两个等腰梯形，该两个等腰梯形的腰及腰的延长线构成下方形。