專利名稱：寬頻帶圓極化寬波束多模衛(wèi)星導航終端天線的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及無線通信領域的天線技術，特別是對寬頻帶特性和圓極化特性 要求較高的如多模衛(wèi)星導航終端等場合。
背景技術：
通常衛(wèi)星導航天線終端(用戶)天線為單頻、雙頻或者三頻，且都是針對
單一的衛(wèi)星導航系統(tǒng)，比如國外的GPS、 GLONASS、 GALILEO以及我國的 北斗1號、北斗2號。這類天線的缺點是無法同時接收所有的導航信號，無法 滿足多模導航接收的需求。但是在實際應用中，用戶需要根據(jù)實際需求選擇上 述一種或者多種不同衛(wèi)星導航系統(tǒng)的導航信號，需要能夠同時接收多種模式導 航信號的寬頻帶多模導航終端天線。
美國GPS全球有24顆衛(wèi)星供全球用戶使用，而我國的北斗系統(tǒng)與GPS 的衛(wèi)星軌道不相同，而且數(shù)量較少，這就要求終端天線具有較好的低仰角增益。
經(jīng)檢索，與本發(fā)明專利內(nèi)容密切相關的具體如下專利號 ZL200520079254.3的"有良好低仰角性能的雙頻寬波束圓極化天線"，公開的 天線組成結構為單極子天線的變形，通過增加寄生部分來改善低仰角增益，但 該天線頻帶較窄，只可以用于雙頻工作。專利申請?zhí)?00620078410.9的"三 頻寬波束圓極化天線"，其組成結構為三層結構，最上面為偶極子天線，下面兩 層為微帶天線，通過這三個天線的組合來實現(xiàn)三頻工作，但該天線未提及低仰 角特性。專利號ZL200520079197.9的"一種改善低仰角性能的雙頻寬波束圓 極化天線"，其組成結構為兩組L型單極子天線實現(xiàn)雙頻工作，并且通過L型單 極子來改善低仰角增益。專利號ZL 200420081255.7的"寬頻微帶天線"，其 采用斜L型探針展寬帶寬，相對帶寬可達37。/。，該天線為線極化，由于應用的 場合不同，未提及低仰角增益。另外， 一般的微帶天線都采用印刷工藝來制作，即在雙面覆銅微波介質(zhì)板 雙面進行腐蝕印刷操作，去掉無用的銅箔，保留有用部分。由于銅箔很薄(一
般為17微米或35微米)，在溫度聚變很快且變化范圍很大的條件下，銅箔容 易剝落，導致天線毀傷。而且印刷工藝實現(xiàn)的微帶天線一4殳很薄，很難實現(xiàn)良 好的低仰角增益。
綜上所述，能夠同時接收多種模式導航信號的寬頻帶多模導航終端天線未 見相關文獻才艮道。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的技術解決問題是提供一種相對帶寬大于40。/。，能夠覆蓋所有衛(wèi) 星導航信號，寬頻帶范圍內(nèi)圓極化軸比小于1.5dB,提高天線的低仰角增益， 能夠接收所有導航信號的寬頻帶圓極化寬波束多模衛(wèi)星導航終端天線。
本發(fā)明的技術解決方案是寬頻帶圓極化寬波束多模衛(wèi)星導航終端天線， 由饋電網(wǎng)絡和天線本體兩部分組成，天線本體包括天線罩、介質(zhì)支撐、金屬輻 射貼片、四個L型金屬饋電探針和金屬反射板；L型金屬饋電探針嵌入介質(zhì)支 撐內(nèi)，金屬輻射貼片嵌入介質(zhì)支撐上面的槽內(nèi)；介質(zhì)支撐與外部的天線罩連接 為一整體；饋電網(wǎng)絡包括微帶功分移相網(wǎng)絡和金屬屏蔽盒，微帶功分移相網(wǎng)絡 釆用一分四的微帶功分移相網(wǎng)絡，四個饋電點依次相位相差90°;金屬屏蔽盒 位于天線本體金屬反射板下方，樣t帶功分移相網(wǎng)絡安裝在金屬屏蔽盒內(nèi)，在網(wǎng) 絡總輸出口安裝SMA接頭；天線本體的四個L型金屬饋電探針和天線饋電網(wǎng) 絡的微帶功分移相網(wǎng)絡通過金屬電連接在一起。
所述天線罩和介質(zhì)支撐釆用相同的介質(zhì)材料，介質(zhì)材料的相對介電常數(shù)^ 選取范圍為1<^<20。
所述天線罩和介質(zhì)支撐為i殳計為一個整體。
所述金屬輻射貼片為圓型，其半徑"^i，其中/為天線工作頻率，單位 為GHz, ^為介質(zhì)支撐的相對介電常數(shù)，r的單位為厘米。所述金屬輻射貼片為正方形，其邊長為"=~^=， c為自由空間光速，/為
天線工作頻率，單位為GHz, ^為介質(zhì)支撐的相對介電常數(shù)，邊長a的單位為 厘米。
所述金屬屏蔽盒和天線金屬反射板設計為一個整體，金屬屏蔽盒上壁充當 天線金屬反射板，減小了天線體積。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比具有如下優(yōu)點
1、 由于釆用新的L型探針饋電技術，本發(fā)明的天線可以將孩i:帶天線的帶 寬大大展寬，使相對帶寬達到40。/。以上。微帶天線的固有缺點為窄頻帶， 一般 相對帶寬小于5。/。。為了展寬微帶天線的帶寬，本天線采用L型探針饋電技術， 因為普通饋電探針表現(xiàn)為電容，通過L型加載，可以增加饋電探針的電感，這 樣通過優(yōu)化L型探針的尺寸，使得天線相對帶寬展寬。
2、 由于本發(fā)明采用了介質(zhì)嵌套的微帶天線實現(xiàn)工藝，大大提高了微帶天線 的低仰角增益，本天線5。仰角增益大于-5dBi。同時具有良好的機械特性和溫度 特性。微帶天線方向圖本身具有半球形、寬波束的特點，本發(fā)明的天線將金屬 輻射貼片嵌套在支撐介質(zhì)內(nèi)，通過優(yōu)化金屬貼片和介質(zhì)的尺寸，可以使得微帶 天線波束更寬，從而獲得良好的低仰角增益。
3、 本發(fā)明采用了四點饋電技術，合理控制饋電網(wǎng)絡四個饋電點的幅度和相 位不平衡度，使天線具有良好的圓極化特性，天線在頻段內(nèi)主要工作角域圓極 化軸比AR〈3dB。四個L型饋電探針對稱分布，保證了天線方位面方向圖的全 向性，具有較小的不圓度。
4、 本發(fā)明天線的寬頻帶特性在天線裝配完成即可獲得，結構簡單，無需調(diào) 試，具有良好的一致性。
圖1為本發(fā)明的結構示意圖； 圖2為本發(fā)明的側-見圖；圖3為本發(fā)明的饋電網(wǎng)絡結構圖； 圖4為本發(fā)明的駐波比(VSWR)帶寬測試圖； 圖5為本發(fā)明的方向圖和增益設計圖。
具體實施例方式
下面結合附圖對本發(fā)明作進一步說明。
如圖1、 2和3所示，本發(fā)明的寬頻帶圓極化寬波束多模衛(wèi)星導航終端天 線，包絡天線本體和^t赍電網(wǎng)絡兩部分。
天線本體包括天線罩及介質(zhì)支撐1、金屬輻射貼片2、 L型金屬饋電揮:針3 和金屬反射板4。本實施例的天線罩及介質(zhì)支撐1 一體化設計，兩者為相同的 介質(zhì)材料。介質(zhì)材料主要關心其工作的環(huán)境要求，比如環(huán)境溫度、振動要求等， 最主要的是其電參數(shù)相對介電常數(shù)^，選取范圍為1<^<20， 1是自由空間的理 論最小值，如果相對介電常數(shù)大于20，損耗增大，導致天線輻射效率下降，反 而降低天線增益。本實施例中選用材料的相對介電常數(shù)^=3.15 。
通過在該介質(zhì)支撐1內(nèi)部打孔，將L型金屬探針3的垂直部分嵌入其中， 然后在介質(zhì)支撐1上面開槽，將L型金屬探針3水平部分嵌入，垂直部分和水 平部分焊接連接。
在介質(zhì)支撐1上面開出圓形槽，將金屬輻射貼片2嵌入。具體過程為將 5。仰角增益設為優(yōu)化目標，先保持金屬貼片尺寸不變，分別改變介質(zhì)的厚度和 邊長，觀察增益的變化，將增益最大對應的厚度和邊長作為設計結果。本天線 5。仰角增益大于-5dBi。
最后將天線罩和介質(zhì)支撐1連接為一個整體，則天線本體安裝完畢。 L型金屬探針3的主要參數(shù)是其饋電點的位置，本實施例中的饋電點位于 阻抗為50歐姆的位置。L型金屬探針3垂直部分高度和水平部分高度的具體尺
金屬輻射貼片2的大小主要由天線的工作頻率和介電常數(shù)而定。本實施例 中金屬輻射貼片2為圓型，其半徑為—8.794
其中天線工作中心頻率/= 1.5GHz， "=3.3厘米。
本發(fā)明的饋電網(wǎng)絡包括微帶功分移相網(wǎng)絡5和金屬屏蔽盒4,微帶功分移 相網(wǎng)絡5采用一分四的微帶功分移相網(wǎng)絡，四個饋電點依次相位相差90°,即 四個饋電點的相對相位分別為0°、 90°、 180°、 270°。本實施例中金屬屏蔽盒 和天線金屬反射板4一體化設計，金屬屏蔽盒上壁充當天線反射板，從而減小 天線體積。將微帶功分移相網(wǎng)絡5安裝在金屬屏蔽盒內(nèi)，在網(wǎng)絡總輸出口安裝 SMA接頭，則天線饋電網(wǎng)絡安裝完畢。
金屬反射板的作用是抑制天線后瓣輻射，提高前向增益。理論上，金屬反 射板的尺寸越大越好，但是實際上一般根據(jù)實際約束(比如安裝尺寸限制)來 確定其大小。
將天線本體的四個L型金屬饋電探針3和天線饋電網(wǎng)絡的微帶功分移相網(wǎng) 絡5通過金屬電連接在一起。兩者的結構部分通過螺釘連接為一個整體，則整 個天線安裝完畢，構成一個寬頻帶、圓極化、寬波束多模衛(wèi)星導航終端天線。
圖4為本實施例的駐波比帶寬測試圖，其駐波比帶寬(VSWR<2)的帶寬 為1.02GHz 1.7GHz,相對帶寬大于50%,能夠滿足目前及未來所有衛(wèi)星導航 系統(tǒng)的應用需求。
圖5為本實施例的主平面方向圖，描述了增益和角度之間的關系，可以看 出天線5。仰角增益大于-5dBi。
權利要求
1、寬頻帶圓極化寬波束多模衛(wèi)星導航終端天線，其特征在于由饋電網(wǎng)絡和天線本體兩部分組成，天線本體包括天線罩、介質(zhì)支撐(1)、金屬輻射貼片(2)、四個L型金屬饋電探針(3)和金屬反射板(4)；四個L型金屬饋電探針(3)依次相差90°嵌入介質(zhì)支撐(1)內(nèi)，金屬輻射貼片(2)嵌入介質(zhì)支撐(1)上面中部的槽內(nèi)；饋電網(wǎng)絡包括微帶功分移相網(wǎng)絡(5)和金屬屏蔽盒，微帶功分移相網(wǎng)絡(5)采用一分四的微帶功分移相網(wǎng)絡，四個饋電點依次相位相差90°；金屬屏蔽盒位于天線本體的金屬反射板(4)下方，微帶功分移相網(wǎng)絡(5)安裝在金屬屏蔽盒內(nèi)，在網(wǎng)絡總輸出口安裝SMA接頭；天線本體的四個L型金屬饋電探針(3)和微帶功分移相網(wǎng)絡(5)通過金屬電連接在一起。
2、 根據(jù)權利要求1的寬頻帶圓極化寬波束多模衛(wèi)星導航終端天線，其特征 在于所述天線罩和介質(zhì)支撐(1 )釆用相同的介質(zhì)材料，介質(zhì)材料的相對介電 常數(shù)^選取范圍為l", <20。
3、 根據(jù)權利要求1或2的寬頻帶圓極化寬波束多模衛(wèi)星導航終端天線，其 特征在于所述天線罩和介質(zhì)支撐(1) ^沒計為一個整體。
4、 根據(jù)權利要求1或2的寬頻帶圓極化寬波束多模衛(wèi)星導航終端天線，其特征在于所述金屬輻射貼片(2)為圓型，其半徑<formula>formula see original document page 2</formula>其中/為天線工作頻率，單位為GHz, s,為介質(zhì)支撐(1 )的相對介電常數(shù)。
5、 根據(jù)權利要求1的寬頻帶圓極化寬波束多模衛(wèi)星導航終端天線，其特征 在于所述金屬輻射貼片(2).為正方形，其邊長為<formula>formula see original document page 2</formula>其中c為自由空間光速，/為天線工作頻率，單位為GHz, s,為介質(zhì)支撐(1 )的相對介電常數(shù)。
6、 根據(jù)權利要求1的寬頻帶圓極化寬波束多模衛(wèi)星導航終端天線，其特征 在于所述L型金屬探針(3)的饋電點位于阻抗為50歐姆的位置。
7、根據(jù)權利要求1的寬頻帶圓極化寬波束多模衛(wèi)星導航終端天線，其特征 在于所述金屬屏蔽盒和金屬反射板(4)設計為一個整體，金屬屏蔽盒上壁充 當天線金屬反射板，減小了天線體積。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于對寬頻帶特性和圓極化特性要求較高場合的寬頻帶圓極化寬波束多模衛(wèi)星導航終端天線，由天線本體和饋電網(wǎng)絡兩部分組成。天線本體包括天線罩(1)、介質(zhì)支撐、金屬輻射貼片(2)、四個L型金屬饋電探針(3)和金屬反射板(4)；饋電網(wǎng)絡包括一分四的微帶功分移相網(wǎng)絡(5)和金屬屏蔽盒；天線本體的四個L型金屬饋電探針(3)和天線饋電網(wǎng)絡的微帶功分移相網(wǎng)絡(5)通過金屬電連接在一起。本發(fā)明的天線可以使微帶天線的相對帶寬達到40％以上。同時，由于采用介質(zhì)嵌套的微帶天線實現(xiàn)工藝，大大提高了微帶天線的低仰角增益，本發(fā)明天線5°仰角增益大于-5dBi，且具有良好的機械特性和溫度特性。
文檔編號H01Q9/04GK101286592SQ20081011487
公開日2008年10月15日 申請日期2008年6月13日 優(yōu)先權日2008年6月13日
發(fā)明者李景貴, 琳 葛, 濤 董 申請人:航天恒星科技股份有限公司