專(zhuān)利名稱(chēng)：一種多模衛(wèi)星定位導(dǎo)航終端天線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種多模衛(wèi)星定位，航終端天線，尤其是指應(yīng)用于高精度衛(wèi)星 定位導(dǎo)航和授時(shí)系統(tǒng)中的接收天線。
背景技術(shù)：
2008年我國(guó)"北斗"衛(wèi)星定位導(dǎo)航系統(tǒng)在抗震救災(zāi)中作用顯著，衛(wèi)星定位 導(dǎo)航越來(lái)越受到人們的關(guān)注。同樣，美國(guó)的GPS、俄羅斯的GL0NASS和歐洲的 GALILEO正被廣泛的使用。我國(guó)自主研發(fā)的"北斗"衛(wèi)星定位導(dǎo)航系統(tǒng)也已滿足 我國(guó)極其周邊地區(qū)用戶對(duì)衛(wèi)星定位導(dǎo)航的需求，并且計(jì)劃2010年逐步擴(kuò)展為全 球衛(wèi)星定位導(dǎo)航系統(tǒng)。當(dāng)前市場(chǎng)上最常見(jiàn)的汽車(chē)衛(wèi)星定位導(dǎo)航儀只能接收L1頻 段的GPS信號(hào)、定位精度低。為了提高定位精度，衛(wèi)星定位導(dǎo)航終端采用Ll/L2 雙頻或L1/L2/L5三頻工作模式。但這些終端都受到美國(guó)的限制，假如某一天美 國(guó)不向我國(guó)提供GPS服務(wù)，這些終端將無(wú)法使用。例如，我國(guó)CDMA網(wǎng)絡(luò)曾經(jīng)出 現(xiàn)過(guò)癱瘓事件就是由于美國(guó)GPS系統(tǒng)未授時(shí)。為解決單一系統(tǒng)覆蓋空白和定位 精度低的問(wèn)題，未來(lái)的衛(wèi)星定位導(dǎo)航必將是多模式兼容和多系統(tǒng)集成，而終端 天線作為衛(wèi)星定位導(dǎo)航系統(tǒng)的重要組成部分，其性能好壞將對(duì)整個(gè)定位導(dǎo)航系 統(tǒng)的性能產(chǎn)生很大影響。
因微帶貼片天線由于具有體積小、重量輕、低剖面、低成本和易共形等優(yōu) 點(diǎn)，己得到廣泛應(yīng)用。但隨著衛(wèi)星定位導(dǎo)航系統(tǒng)的發(fā)展，對(duì)天線的覆蓋范圍提 出了越來(lái)越高的要求。如我國(guó)的"北斗"定位系統(tǒng)和美國(guó)的GPS系統(tǒng)用戶機(jī)天 線，以及測(cè)控系統(tǒng)的飛行器機(jī)載天線，都要求具有近似半球的覆蓋能力，而且 要具有較高的低仰角增益。而普通的微帶貼片天線的波束寬度一般在70 110 度左右，在低仰角時(shí)(仰角為10度)增益在-7 -3dBi之間。所以不提高微帶貼 片天線的低仰角增益，就不能夠很好將微帶貼片天線應(yīng)用于導(dǎo)航終端天線，從 而滿足多模衛(wèi)星定位導(dǎo)航終端天線的要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)以上問(wèn)題的提出，而研制一種能夠接收GPS、 GLONASS， GALILEO 和"北斗"定位導(dǎo)航信號(hào)的多模衛(wèi)星定位導(dǎo)航終端天線。本發(fā)明采用的技術(shù)原理為
采用疊層微帶貼片天線結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)雙帶工作。為了保證低頻段75腿Z的帶寬 采用電容耦合饋電方式。為了提高微帶貼片天線低仰角增益，采用高介電常數(shù) 的介質(zhì)基板。當(dāng)介質(zhì)基板覆蓋在卜.層貼片卜.方，能夠增加波朿寬度和進(jìn)一歩提 高低仰角增益。為了實(shí)現(xiàn)右旋圓極化(RHCP)接收，采用寬帶正交饋電網(wǎng)絡(luò)對(duì) 疊層微帶貼片天線饋電，且饋電網(wǎng)絡(luò)集成到天線下方，結(jié)構(gòu)緊湊，便于加工。
實(shí)采用的技術(shù)指標(biāo)如下
頻率范圍1164-1239 MHz， 1559-1612 MHz
極化方式RHCP
VSWR: 〈1.5:1
軸比《3 dB
天線增益》0 dBi (頂點(diǎn))；》-5 dBi (低仰角) 天線波束方位0-360° ，仰角5-90° 饋電方式50歐姆SMA連接器。 本發(fā)明采用的技術(shù)手段如下 一種多模衛(wèi)星定位導(dǎo)航終端天線，其特征在于包括疊層微帶貼片天線、 寬帶正交饋電網(wǎng)絡(luò)和連接探針；
所述疊層微帶貼片天線的結(jié)構(gòu)至上而下依次為電容板、上層貼片、下層貼 片和地，并在電容板、上層貼片、下層貼片和地之間分別設(shè)有介質(zhì)基板，同時(shí) 在固定電容板的介質(zhì)基板、固定上層貼片的介質(zhì)基板和固定下層貼片的介質(zhì)基
板之間設(shè)有補(bǔ)償空氣層；
所述寬帶正交饋電網(wǎng)絡(luò)由Wilkinson功分器和90度寬帶相移器組成并固定 在地下面介質(zhì)基板上；
所述電容板通過(guò)連接探針與寬帶正交饋電網(wǎng)絡(luò)輸入端連接，并在連接探針 穿越的上層貼片、下層貼片和地的相應(yīng)位置設(shè)有保護(hù)孔，且保護(hù)孔的內(nèi)徑大于 連接探針的直徑。
所述上層貼片通過(guò)電容板耦合饋電，工作于高頻段1559-1610 MHz，用于接 收L1頻段附近的衛(wèi)星定位導(dǎo)航信號(hào)；所述下層貼片通過(guò)上層貼片耦合饋電，工 作于低頻段1164-1239 MHz,用于接收L2和L5頻段附近的衛(wèi)星定位導(dǎo)航信號(hào)。 所述疊層微帶貼片天線中的介質(zhì)基板采用介電常數(shù)9 11的介質(zhì)基板。 所述上層貼片由電容板耦合饋電，下層貼片由上層貼片耦合饋電，還用于補(bǔ)償了由連接探針引入的電感，提高了所述疊層微帶貼片天線的阻抗帶寬。
所述連接探針長(zhǎng)度隨所述補(bǔ)償空氣層厚度的變化而變化，其中疊層微帶貼
片天線和寬帶正交饋電網(wǎng)絡(luò)通過(guò)固定螺絲固定在一起。
所述寬帶正交饋電網(wǎng)絡(luò)集成到所述疊層微帶貼片天線下方。
所述90度寬帶相移器包括兩條路徑，路徑一是一段特性阻抗為50歐姆， 相對(duì)于中心頻率1. 4GHz電長(zhǎng)度為270度的微帶線；路徑二由特性阻抗為62歐 姆，相對(duì)于中心頻率1.4GHz電長(zhǎng)度180度的微帶線；其中所述路徑一和路徑二 在1. 1-L7GHz頻率范圍內(nèi)相差在90土5度之間。
所述90度寬帶相移器中的開(kāi)路/短路微帶線采用特件阻抗為75歐姆，開(kāi)路 微帶線電長(zhǎng)度為24度，短路微帶線電長(zhǎng)度59. 5度即相對(duì)于中心頻率1. 4GHz。
由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明提供的多模衛(wèi)星定位導(dǎo)航終端天線，通過(guò) 提高微帶貼片天線的低仰角增益，從而滿足各種模式衛(wèi)星定位導(dǎo)航終端天線， 高精度定位和授吋系統(tǒng)中使用的要求。并且該天線成本較低、大線波束寬和低 仰角增益高，又具有圓極化性能好的特點(diǎn)，非常適合于高精度衛(wèi)星定位導(dǎo)航和 授時(shí)系統(tǒng)中的應(yīng)用。


圖1是本發(fā)明多模衛(wèi)星定位導(dǎo)航終端天線的立體圖； 圖2是疊層微帶貼片天線的結(jié)構(gòu)視圖； 圖3是寬帶正交饋電網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)視圖； 圖4是寬帶正交饋電網(wǎng)絡(luò)的原理圖5是本發(fā)明多模衛(wèi)星定位導(dǎo)航終端天線的反射系數(shù)(Sn)圖； 圖6是本發(fā)明多模衛(wèi)星定位導(dǎo)航終端天線在1. 207GHz處輻射模式圖； 圖7是本發(fā)明多模衛(wèi)星定位導(dǎo)航終端天線在1. 575GHz處輻射模式圖。
具體實(shí)施例方式
如圖1 圖4所示，本發(fā)明多模衛(wèi)星定位導(dǎo)航終端天線包括疊層微帶貼片天 線2、寬帶正交饋電網(wǎng)絡(luò)3和連接探針4;疊層微帶貼片天線2包括電容板21、 上層貼片22、下層貼片23、地24、介質(zhì)基板25、補(bǔ)償空氣層26和保護(hù)孔27 (如圖2所不)；上層貼片22通過(guò)電容板21耦合饋電，工作于高頻段(1559-1610 腿z)，用于接收Ll頻段附近的衛(wèi)星定位導(dǎo)航信號(hào)；下層貼片23通過(guò)上層貼片 22耦合饋電，工作于低頻段(1164-1239 MHz)，用于接收L2和L5頻段附近的 衛(wèi)星定位導(dǎo)航信號(hào)。電容板21和上層貼片22之間構(gòu)成耦合電容，上層貼片22和下次貼片23也構(gòu)成耦合電容，這兩個(gè)耦合電容補(bǔ)償了由連接探針引入的電感，
從而提高了疊層微帶貼片天線2的阻抗帶寬。其中介質(zhì)基板采用高介電常數(shù)的 基板(本實(shí)施例采用介電常數(shù)為10.2的介質(zhì)基板)，覆蓋在上層貼片的介質(zhì)基 板，可以增加了天線波束寬度和提高了天線低仰角增益。電容板通過(guò)連接探針 與寬帶iH交饋電網(wǎng)絡(luò)輸入端連接。因?yàn)榻橘|(zhì)基板25的厚度和介電常數(shù)通常是不 均勻的，采用補(bǔ)償空氣層26進(jìn)行調(diào)諧和補(bǔ)償；調(diào)試時(shí)改變補(bǔ)償空氣層26的厚 度，當(dāng)多模衛(wèi)星定位導(dǎo)航終端天線的輸入駐波比在1164-1239 MHz和1559-1612 MHz頻率范圍內(nèi)同時(shí)小于1. 5時(shí)，說(shuō)明補(bǔ)償空氣層26厚度已經(jīng)合適，確定所述 補(bǔ)償空氣層厚度和連接探針長(zhǎng)度，最后用四個(gè)螺絲把疊層微帶貼片天線和寬帶 正交饋電網(wǎng)絡(luò)固定在一起。為了避免上層貼片22、下層貼片23、地24和連接 探針4短路，在相應(yīng)位置過(guò)保護(hù)孔26，這樣電容板21和上層貼片22之間才能 構(gòu)成耦合電容，同時(shí)上層貼片22和下次貼片23也才能構(gòu)成耦合電容。如圖3 和圖4所示寬帶正交饋電網(wǎng)絡(luò)3包括Wilkinson功分器31和90度寬帶相移器 32。 90度寬帶相移器32包括兩條路徑，路徑321是一段特性阻抗為《(50歐 姆)，長(zhǎng)度為3^/4 (相對(duì)于中心頻率1. 4GHz電長(zhǎng)度為270度)的微帶線3211; 路徑322由特性阻抗為4 (62歐姆)，長(zhǎng)度為Ag (相對(duì)于中心頻率1. 4GHz電長(zhǎng) 度180度)的微帶線3221和其兩側(cè)的一對(duì)開(kāi)路微帶線3222和短路微帶線3223 線組成。開(kāi)路微帶線3222的特性阻抗為Z2 (75歐姆)，電長(zhǎng)度為24度(相對(duì)于 中心頻率1. 4GHz)。短路微帶線3223的特性阻抗為《(75歐姆)，電長(zhǎng)度為59. 5 度(相對(duì)于中心頻率1.4GHz)。以往的90度寬帶相移器31中的開(kāi)路/短路微帶 線的特性阻抗很大，對(duì)應(yīng)線寬很小，不利于加工。因此，我們研制出減小了開(kāi) 路/短路微帶線的特性阻抗，以利于加工，但為了達(dá)到同樣的性能，開(kāi)路和短路 微帶線的長(zhǎng)度不等，且丌路/短路微帶線的長(zhǎng)度隨特性阻抗變化而變化。本發(fā)明 提出的寬帶正交饋電網(wǎng)絡(luò)3，由于采用了我們所提出的90度寬帶相移器31，在 1. 1-1. 7GHz頻率范圍內(nèi)端口 2和端口 3，幅度差小于0. 3dB、相移差為90±5度， 從而提高了所述多模衛(wèi)星定位導(dǎo)航終端天線的圓極化性能。
請(qǐng)參閱圖5，本發(fā)明多模衛(wèi)星定位導(dǎo)航終端天線的反射系數(shù)(Sn)在工作頻 段1164-1239 MHz和1559-1612 MHz之間均小于-14 dB(相對(duì)于電壓駐波比1. 5)， 說(shuō)明本發(fā)明多模下.星定位導(dǎo)航終端天線輸入端匹配良好。圖6和圖7分別為本 發(fā)明多模衛(wèi)星定位導(dǎo)航終端天線在工作頻率1.207GHz和1.575GHz的輻射模式 圖。由測(cè)試結(jié)果可知，該天線具有波束寬、圓極化性能好和低仰角增益高的特點(diǎn)，非常適合于高精度衛(wèi)星定位導(dǎo)航和授時(shí)系統(tǒng)中的應(yīng)用。
以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實(shí)施方式
，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局 限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，根據(jù)本 發(fā)明的技術(shù)方案及其發(fā)明構(gòu)思加以等同替換或改變，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù) 范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1、一種多模衛(wèi)星定位導(dǎo)航終端天線，其特征在于包括疊層微帶貼片天線、寬帶正交饋電網(wǎng)絡(luò)和連接探針；所述疊層微帶貼片天線的結(jié)構(gòu)至上而下依次為電容板、上層貼片、下層貼片和地，并在電容板、上層貼片、下層貼片和地之間分別設(shè)有介質(zhì)基板，同時(shí)在固定電容板的介質(zhì)基板、固定上層貼片的介質(zhì)基板和固定下層貼片的介質(zhì)基板之間設(shè)有補(bǔ)償空氣層；所述寬帶止交饋電網(wǎng)絡(luò)由Wilkinson功分器和90度寬帶相移器組成并固定在地下面介質(zhì)基板上；所述電容板通過(guò)連接探針與寬帶正交饋電網(wǎng)絡(luò)輸入端連接，并在連接探針穿越的上層貼片、下層貼片和地的相應(yīng)位置設(shè)有保護(hù)孔，且保護(hù)孔的內(nèi)徑大于連接探針的直徑。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種多模衛(wèi)星定位導(dǎo)航終端天線，其特征在于所 述上層貼片通過(guò)電容板耦合饋電，工作于高頻段1559-1610 MHz，用于接收Ll 頻段附近的衛(wèi)星定位導(dǎo)航信號(hào)；所述下層貼片通過(guò)上層貼片耦合饋電，工作于 低頻段1164-1239 MHz，用于接收L2和L5頻段附近的衛(wèi)星定位導(dǎo)航信兮。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種多模衛(wèi)星定位導(dǎo)航終端天線，其特征在于所 述疊層微帶貼片天線中的介質(zhì)基板采用介電常數(shù)9 11的介質(zhì)基板。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所示的一種多模衛(wèi)星定位導(dǎo)航終端天線，其特征在 于所述上層貼片由電容板耦合饋電，下層貼片由上層貼片耦合饋電，還用于補(bǔ) 償由連接探針引入的電感，提高了所述疊層微帶貼片天線的阻抗帶寬。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多模衛(wèi)星定位導(dǎo)航終端天線，其特征在于所 述連接探針長(zhǎng)度隨所述補(bǔ)償空氣層厚度的變化而變化，其中疊層微帶貼片天線 和寬帶正交饋電網(wǎng)絡(luò)通過(guò)固定螺絲固定在一起。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多模衛(wèi)星定位導(dǎo)航終端天線，其特征在于 所述寬帶正交饋電網(wǎng)絡(luò)集成到所述疊層微帶貼片天線下方。
7、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種多模衛(wèi)星定位導(dǎo)航終端天線，其特征在于 所述90度寬帶相移器包括兩條路徑，路徑一是一段特性阻抗為50歐姆，相對(duì) 于中心頻率1.4GHz電長(zhǎng)度為270度的微帶線；路徑二由特性阻抗為62歐姆， 相對(duì)于中心頻率1.4GHz電長(zhǎng)度180度的微帶線；其中所述路徑一和路徑二在(1. 1-1. 7GHz頻率范圍內(nèi)相差在90±5度之間。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種多模衛(wèi)星定位導(dǎo)航終端天線，其特征在于所 述90度寬帶相移器中的開(kāi)路/短路微帶線采用特性阻抗為75歐姆，相對(duì)于中心 頻率1. 4GHz，開(kāi)路微帶線電長(zhǎng)度為24度，短路微帶線電長(zhǎng)度59. 5度，且所述開(kāi) 路/短路微帶線的長(zhǎng)度隨特性阻抗變化而變化。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種多模衛(wèi)星定位導(dǎo)航終端天線，其特征在于包括疊層微帶貼片天線、寬帶正交饋電網(wǎng)絡(luò)和連接探針；所述疊層微帶貼片天線的結(jié)構(gòu)至上而下依次為電容板、上層貼片、下層貼片和地，并在電容板、上層貼片、下層貼片和地之間分別設(shè)有介質(zhì)基板，同時(shí)在固定電容板的介質(zhì)基板、固定上層貼片的介質(zhì)基板和固定下層貼片的介質(zhì)基板之間設(shè)有補(bǔ)償空氣層；所述寬帶正交饋電網(wǎng)絡(luò)由Wilkinson功分器和90度寬帶相移器組成并固定在地下面介質(zhì)基板上；該天線具有成本較低、天線波束寬和低仰角增益高等特點(diǎn)，非常適合于高精度衛(wèi)星定位導(dǎo)航和授時(shí)系統(tǒng)中的應(yīng)用。
文檔編號(hào)H01Q13/08GK101533956SQ20091001092
公開(kāi)日2009年9月16日 申請(qǐng)日期2009年3月27日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月27日
發(fā)明者付世強(qiáng), 呂善偉, 房少軍, 王鐘葆 申請(qǐng)人:大連海事大學(xué)