專利名稱：一種用于高精度測量的雙頻微帶貼片天線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種用于高精度測量的雙頻微帶貼片天線，屬于用于高精度測量的雙頻微帶貼片天線的改造技術(shù)。
背景技術(shù)：
目前，常用的衛(wèi)星定位系統(tǒng)接收機(jī)天線為微帶貼片天線和螺旋天線。微帶貼片天線結(jié)構(gòu)簡單，剖面低，工作頻帶較窄，頻率選擇性好，較易實現(xiàn)多頻工作，天線成本較低，大規(guī)模生產(chǎn)時一致性較好?？赏ㄟ^在天線上對角切角或相差90度雙饋電等方式實現(xiàn)圓極化性能。但是，微帶貼片天線增益較低，須通過組成天線陣列或附加放大器以提高增益，組成微帶天線陣列時饋電結(jié)構(gòu)較復(fù)雜。螺旋天線增益較高，很方便就可以實現(xiàn)圓極化及雙頻工作。但是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，工藝要求較高，天線剖面較高，尺寸較大。相比于微帶貼片天線，大規(guī)模生產(chǎn)螺旋天線時，較難保證天線相位一致性等性能。通過綜合考慮天線性能、工作環(huán)境與成本等因素，一般該領(lǐng)域均使用微帶貼片天線作為測量型天線的接收天線。通常GPS天線是利用兩饋點相位相差90°來接收圓極化電波。如現(xiàn)代雷達(dá)，第30 卷，第12期公開了一種用于移動衛(wèi)星系統(tǒng)的寬波束雙頻段微帶天線，然而，測試表明四饋點的微帶天線比雙饋點的阻抗帶寬和圓極化要好。在越來越追求高精度測量的現(xiàn)代社會， 對天線的精確性提出了更高的要求。影響天線精度的主要因素有，其一多路徑效應(yīng)，解決方法是通過增加扼流圈，來扼制多路徑效應(yīng)。其二 天線的相位中心穩(wěn)定性。目前大多數(shù)天線設(shè)計都未提到相位中心問題，解決因相位中心不穩(wěn)帶來的誤差有兩種途徑一是在硬件方面，研制電氣相位中心偏差為零的天線，采用多點均勻饋電設(shè)計通過均勻?qū)ΨQ饋電來改善相位方向圖的軸向?qū)ΨQ性。二是對天線電氣相位中心偏差進(jìn)行檢校。針對接收機(jī)對天線接收信號的要求，采用有源天線的接收方法。將電路設(shè)計成有源集成網(wǎng)絡(luò)，通過調(diào)節(jié)天線的輸出阻抗，滿足有源電路的設(shè)計要求，完全省略了天線與電路之匹配電路?，F(xiàn)有技術(shù)的缺點是1)在高精度測量應(yīng)用上，天線的相位中心穩(wěn)定是關(guān)鍵?，F(xiàn)有的GPS微帶天線的相位中心穩(wěn)定度不足以滿足高精度測量的要求；2)由于天線的結(jié)構(gòu)造成天線的方向圖不完全對稱；幻天線的增益不夠；4)雙層天線加工困難與組裝工序繁瑣。導(dǎo)致上述缺點的原因主要如下1)貼片天線的帶寬窄，相位中心不夠穩(wěn)定和多路徑效應(yīng)。2)相位中心穩(wěn)定度不夠高的原因在于，現(xiàn)有微帶天線實現(xiàn)圓極化的方法是偏饋或側(cè)饋，這樣就造成天線的電氣相位中心與幾何中心不重疊，而且對于多頻段天線而言，不同頻段的相位中心也不重疊，這在高精度測量領(lǐng)域無法滿足要求；3)對于現(xiàn)有的單饋點或雙饋點天線而言，在幾何尺寸上不完全對稱造成了在天線圓場輻射圖上面不會完全對稱。因此，在接收到的來自不同方向的GPS信號的接收質(zhì)量就有所不同，不滿足高精度測量型天線的要求；4)有少部分天線雖然也采用對稱式多饋點方式，但天線貼片結(jié)構(gòu)多采用方形，造成天線輻射方向圖不完全對稱，影響抗多路徑效果，造成天線接收信號質(zhì)量下降
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于考慮上述問題而提供一種能提高全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)中的GPS 和GL0NASS雙頻段天線相位中心穩(wěn)定度，降低多路徑效應(yīng)，降低軸比，并最大限度的降低加工與組裝難度的用于高精度測量的雙頻微帶貼片天線。本發(fā)明天線的相位中心不會隨著天線的移動而發(fā)生改變，在寬角度范圍內(nèi)接收圓極化波，消除電離層的干擾，提高測量精度。本發(fā)明的技術(shù)方案是本發(fā)明的用于高精度測量的雙頻微帶貼片天線，包括有上層天線及下層天線，上層天線包括有上層天線的頂層金屬貼片層、上層天線的中間介質(zhì)層、 上層天線的底層金屬貼片，上層天線的頂層金屬貼片層及上層天線的底層金屬貼片分別粘帖在上層天線的中間介質(zhì)層的頂面及底面，下層天線包括有下層天線的頂層金屬貼片層、 下層天線的中間介質(zhì)層、下層天線的底層金屬貼片，下層天線的頂層金屬貼片層及下層天線的底層金屬貼片分別粘帖在下層天線的中間介質(zhì)層的頂面及底面，上層天線及下層天線的中心點通過固定銷釘進(jìn)行上、下層天線的定位，并通過連接件固定連接，且上層天線及下層天線上穿設(shè)有用于接收Ll頻段的衛(wèi)星信號的Ll頻段信號饋電探針，下層天線上穿設(shè)有用于接收L2頻段的衛(wèi)星信號的L2頻段信號饋電探針。上述連接件為螺栓。上述上層天線的頂層金屬貼片層、上層天線的中間介質(zhì)層、上層天線的底層金屬貼片及下層天線的頂層金屬貼片層、下層天線的中間介質(zhì)層、下層天線的底層金屬貼片均采用截面形狀為圓形的結(jié)構(gòu)。上述連接件設(shè)置有至少2個，均布在上層天線及下層天線的圓周方向上。上述Ll頻段信號饋電探針設(shè)有四個饋電點，L2頻段信號饋電探針設(shè)有四個饋電點，共八個饋電點。上述八個饋電點按照順時針方向進(jìn)行饋電。上述八個饋電點中相鄰的兩個饋點的電角度之間相差90度。上述Ll頻段的衛(wèi)星信號及L2頻段的衛(wèi)星信號分別為GPS及GL0NASS。本發(fā)明能夠同時接收GPS+GL0NASS的兩個頻段的信號，利用八個饋點饋電，為實現(xiàn)相位中心的穩(wěn)定度，在天線的中心處加一固定銷釘對上、下貼片的幾何中心進(jìn)行固定。另外，本發(fā)明通過HFSS仿真技術(shù)，通過調(diào)節(jié)上、下圓形貼片的尺寸以及圓形貼片上面的微帶短截線的尺寸來控制諧振頻率與軸比，以滿足在高精度測量應(yīng)用的要求；此外，本發(fā)明通過完全對稱的微帶天線結(jié)構(gòu)，以及天線中心的固定，保證了天線的方向圖在空間上的完美對稱，并通過天線仿真技術(shù)與實測結(jié)果的對比進(jìn)行反復(fù)驗證；為了設(shè)計出便于加工與裝配的雙層天線結(jié)構(gòu)，上、下兩層貼片不采用焊接工藝，而是直接通過螺栓進(jìn)行連接；同時，利用電磁仿真技術(shù)，不需要外加用于匹配的50歐姆同軸電纜材料，就滿足了天線與接收電路的匹配要求，實現(xiàn)了雙層天線的結(jié)構(gòu)最簡化。本發(fā)明是一種設(shè)計巧妙，性能優(yōu)良，方便實用的用于高精度測量的雙頻微帶貼片天線。


圖1為本發(fā)明的高精度測量天線截面圖；；
圖2為本發(fā)明高精度測量天線中上層天線的頂層俯視圖； 圖3為本發(fā)明高精度測量天線中上層天線的底層俯視圖； 圖4為本發(fā)明的高精度測量天線中下層天線的頂層俯視圖；圖5為本發(fā)明的高精度測量天線中下層天線的底層俯視圖。
具體實施例方式實施例
本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示，本發(fā)明的用于高精度測量的雙頻微帶貼片天線，包括有上層天線及下層天線，上層天線包括有上層天線的頂層金屬貼片層4、上層天線的中間介質(zhì)層5、上層天線的底層金屬貼片6，上層天線的頂層金屬貼片層4及上層天線的底層金屬貼片6分別粘帖在上層天線的中間介質(zhì)層5的頂面及底面，下層天線包括有下層天線的頂層金屬貼片層7、下層天線的中間介質(zhì)層8、下層天線的底層金屬貼片9，下層天線的頂層金屬貼片層7及下層天線的底層金屬貼片9分別粘帖在下層天線的中間介質(zhì)層8的頂面及底面，上層天線及下層天線的中心點通過固定銷釘1進(jìn)行上、下層天線的定位，并通過連接件10固定連接，且上層天線及下層天線上穿設(shè)有用于接收Ll頻段的衛(wèi)星信號的Ll頻段信號饋電探針2，下層天線上穿設(shè)有用于接收L2頻段的衛(wèi)星信號的L2頻段信號饋電探針3。 上述Ll頻段的衛(wèi)星信號及L2頻段的衛(wèi)星信號分別為GPS及GL0NASS。本發(fā)明的上、下兩層天線不采用焊接工藝，而是直接通過螺栓進(jìn)行連接；同時，利用電磁仿真技術(shù)，不需要外加用于匹配的50歐姆同軸電纜材料，就滿足了天線與接收電路的匹配要求，實現(xiàn)了雙層天線的結(jié)構(gòu)最簡化。上述連接件9為螺栓，螺栓穿過上、下兩層天線所設(shè)的過孔固定連接。本實施例中，為了滿足Ll和L2的不同諧振頻率，上述上層天線的頂層金屬貼片層 4、上層天線的中間介質(zhì)層5、上層天線的底層金屬貼片6及下層天線的頂層金屬貼片層7、 下層天線的中間介質(zhì)層8、下層天線的底層金屬貼片9均采用截面形狀為圓形的結(jié)構(gòu)，最大程度的降低由天線的不對稱性造成的輻射方向不對稱，同時降低GPS/GL0NASS信號的多路徑相應(yīng)，提高信號質(zhì)量。上述Ll頻段信號饋電探針2設(shè)有四個饋電點，L2頻段信號饋電探針3設(shè)有四個饋電點，共八個饋電點。上述八個饋電點按照順時針方向進(jìn)行饋電。上述八個饋電點中相鄰的兩個饋點的電角度(相位差)之間相差90度。本發(fā)明為實現(xiàn)相位中心的穩(wěn)定度，在天線的中心處通過固定銷釘1對上、下兩層天線的幾何中心進(jìn)行固定。并且通過HFSS仿真技術(shù)，通過調(diào)節(jié)上、下兩層天線的尺寸以及圓形貼片上面的微帶短截線的尺寸來控制諧振頻率與軸比，以滿足在高精度測量應(yīng)用的要求。另外，本發(fā)明通過完全對稱的微帶天線結(jié)構(gòu)，以及天線中心通過固定銷釘1的固定，保證了天線的方向圖在空間上的完美對稱，并通過天線仿真技術(shù)與實測結(jié)果的對比進(jìn)行反復(fù)驗證。
權(quán)利要求
1.一種用于高精度測量的雙頻微帶貼片天線，其特征在于包括有上層天線及下層天線，上層天線包括有上層天線的頂層金屬貼片層(4)、上層天線的中間介質(zhì)層(5)、上層天線的底層金屬貼片(6)，上層天線的頂層金屬貼片層(4)及上層天線的底層金屬貼片(6)分別粘帖在上層天線的中間介質(zhì)層(5)的頂面及底面，下層天線包括有下層天線的頂層金屬貼片層(7)、下層天線的中間介質(zhì)層(8)、下層天線的底層金屬貼片(9)，下層天線的頂層金屬貼片層(7)及下層天線的底層金屬貼片(9)分別粘帖在下層天線的中間介質(zhì)層(8)的頂面及底面，上層天線及下層天線的中心點通過固定銷釘(1)進(jìn)行上、下層天線的定位，并通過連接件(10)固定連接，且上層天線及下層天線上穿設(shè)有用于接收Ll頻段的衛(wèi)星信號的 Ll頻段信號饋電探針(2)，下層天線上穿設(shè)有用于接收L2頻段的衛(wèi)星信號的L2頻段信號饋電探針(3)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于高精度測量的雙頻微帶貼片天線，其特征在于上述連接件(10)為螺栓。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于高精度測量的雙頻微帶貼片天線，其特征在于上述上層天線的頂層金屬貼片層(4)、上層天線的中間介質(zhì)層(5)、上層天線的底層金屬貼片(6) 及下層天線的頂層金屬貼片層(7)、下層天線的中間介質(zhì)層(8)、下層天線的底層金屬貼片 (9)均采用截面形狀為圓形的結(jié)構(gòu)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于高精度測量的雙頻微帶貼片天線，其特征在于上述連接件(10)設(shè)置有至少2個，均布在上層天線及下層天線的圓周方向上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4任一項所述的用于高精度測量的雙頻微帶貼片天線，其特征在于上述Ll頻段信號饋電探針(2 )設(shè)有四個饋電點，L2頻段信號饋電探針(3 )設(shè)有四個饋電點，共八個饋電點。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的用于高精度測量的雙頻微帶貼片天線，其特征在于上述八個饋電點按照順時針方向進(jìn)行饋電。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的用于高精度測量的雙頻微帶貼片天線，其特征在于上述八個饋電點中相鄰的兩個饋點的電角度之間相差90度。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的用于高精度測量的雙頻微帶貼片天線，其特征在于上述Ll頻段的衛(wèi)星信號及L2頻段的衛(wèi)星信號分別為GPS及GL0NASS。
全文摘要
本發(fā)明是一種用于高精度測量的雙頻微帶貼片天線。包括上層天線及下層天線，上層天線包括有頂層金屬貼片層、中間介質(zhì)層、底層金屬貼片，頂層金屬貼片層及底層金屬貼片分別粘帖在中間介質(zhì)層的頂面及底面，下層天線也包括有頂層金屬貼片層、中間介質(zhì)層、底層金屬貼片，頂層金屬貼片層及底層金屬貼片分別粘帖在中間介質(zhì)層的頂面及底面，上層天線及下層天線的中心點通過固定銷釘進(jìn)行上、下層天線的定位，并通過連接件固定連接，且上層天線及下層天線上穿設(shè)有用于接收L1頻段的衛(wèi)星信號的L1頻段信號饋電探針，下層天線上穿設(shè)有用于接收L2頻段的衛(wèi)星信號的L2頻段信號饋電探針。本發(fā)明能提高雙頻段天線相位中心穩(wěn)定度，降低多路徑效應(yīng)，降低軸比，提高測量精度。
文檔編號H01Q1/12GK102377020SQ201110198540
公開日2012年3月14日 申請日期2011年7月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月15日
發(fā)明者吳多龍, 吳艷杰, 李 瑞 申請人:廣東工業(yè)大學(xué)