一種gnss天線的雙頻光子帶隙扼流圈的制作方法
【專利摘要】一種GNSS天線雙頻光子帶隙扼流圈，包括底部為金屬層、中間為高介電常數(shù)介質(zhì)層、頂部為貼片層。對于二層結(jié)構(gòu)的光子晶體單元，介質(zhì)上表面是周期性排布的金屬貼片，貼片中央位置有金屬探針與底層金屬相連；底層金屬為完整的平面金屬板；所述貼片層為若干個貼片單元整齊排布組成，且相鄰貼片單元之間設(shè)有縫隙，所述的高介電常數(shù)介質(zhì)層中設(shè)有連接貼片層和金屬層的金屬探針。所述天線底座上設(shè)有射頻連接器，射頻連接器與天線饋電網(wǎng)及有源放大電路之間設(shè)有射頻饋線連接。
【專利說明】
-種GNSS天線的雙頻光子帶隙扼流圈
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本實用新型設(shè)及衛(wèi)星導航天線技術(shù)領(lǐng)域。具體設(shè)及一種GNSS天線的雙頻光子帶隙 扼流圈。
【背景技術(shù)】
[0002] 衛(wèi)星導航信號經(jīng)過地面或附近物體反射，形成多徑干擾，扼流圈天線是一種有效 抑制多徑干擾的衛(wèi)星導航及測量天線。扼流圈主要是采用空間濾波的方式，對低角度的入 射波進行衰減，實現(xiàn)抑制多徑干擾的目的。扼流圈的理想濾波效果體現(xiàn)在兩個方面，一方面 是濾波頻率上能夠包括天線接收的頻帶，對于GNSS扼流圈天線而言，需要在低頻1193~ 1290MHz和高頻1559~1616MHz兩個頻段范圍內(nèi)都有一定幅度的衰減；另一方面是空間上， 在天線相對于地平面方向的一定仰角W下有抑制作用，對于GNSS扼流圈天線而言，需要保 證20° W上的信號少受抑制，同時保證0°及W下角度的信號受到最大程度的衰減。
[0003] 傳統(tǒng)的扼流圈主要有肝L(Jet Propulsion LaboratoiT)扼流圈、Trimble扼流圈、 As te ch扼流圈、Javad雙頻雙深度扼流圈。他們共同特征是由3~5個同屯、圓環(huán)構(gòu)成的環(huán)形金 屬槽結(jié)構(gòu)，槽深大約為中屯、波長的0.25倍。傳統(tǒng)扼流圈采用金屬制作，直徑大約200~ 400mm，高度大約40~60mm，重量達幾公斤;傳統(tǒng)扼流圈具有尺寸大、加工困難、成本高、信號 衰減小等局限性，難W大規(guī)模應用;為了控制體積在多徑抑制性能上也有所控制，肝L扼流 圈在L2波段上改善大約10DB，而在L1波段改善不多;Javad扼流圈在U和L2兩個波段上多徑 抑制均改善了 10DB。 【實用新型內(nèi)容】
[0004] 本實用新型的目的在于針對上述現(xiàn)有GNSS扼流圈天線的問題，設(shè)計了通過在天線 底部設(shè)置光子帶隙扼流圈，有效抑制低仰角表面波在徑向上的傳播，減少天線后瓣，提高天 線效率，降低天線的多徑干擾;應用于GNSS天線，在1559~1616MHz和1193~1290MHz頻段的 改善多徑抑制，達到性能更加理想的扼流效果，提高天線在復雜多徑干擾環(huán)境中的抗干擾 能力，提高導航精度;實現(xiàn)扼流結(jié)構(gòu)的低剖面、輕質(zhì)化、小型化，簡化生產(chǎn)工藝、降低加工成 本。
[0005] 本實用新型設(shè)計的一種GNSS天線的雙頻光子帶隙扼流圈，采用一種實用化的諧振 型微波光子晶體(Resonance-Type Microwave Photonic Crys1:als:RT-MPC)結(jié)構(gòu)實現(xiàn)設(shè)計 目標，利用金屬與高介電介質(zhì)材料，通過設(shè)計特殊的單元結(jié)構(gòu)和周期性排布，構(gòu)造出基于諧 振機理的微波光子晶體結(jié)構(gòu)。單元結(jié)構(gòu)的電磁特性可W等效為并聯(lián)LC電路，單元之間的電 磁特性可W等效為串聯(lián)電容禪合電路。利用諧振狀態(tài)下電抗無窮大的特性，來阻止諧振頻 率附近的電磁波的傳播，形成光子帶隙扼流圈;采用分布電感結(jié)構(gòu)，在不改變貼片大小和單 元之間縫隙的情況下，改變諧振頻率實現(xiàn)單元結(jié)構(gòu)微型化和頻率特性微調(diào)；同一個雙頻扼 流天線中采用兩種不同的分布電感結(jié)構(gòu)，構(gòu)造出具有雙頻扼流性能的GNSS天線扼流圈，不 同光子晶體單元的體積完全相同，避免了傳統(tǒng)光子晶體因不同單元體積不同造成的布局困 難，易于實現(xiàn)產(chǎn)品小型化和更加的扼流效果；同時便于工藝參數(shù)調(diào)整，易于簡化生產(chǎn)工藝。
[0006] -種GNSS天線雙頻光子帶隙扼流圈，結(jié)構(gòu)上包括:底部為金屬層、中間為高介電常 數(shù)介質(zhì)層、頂部為貼片層。對于二層結(jié)構(gòu)的光子晶體單元，介質(zhì)上表面是周期性排布的金屬 貼片，貼片中央位置有金屬探針與底層金屬相連;底層金屬為完整的平面金屬板;所述貼片 層為若干個貼片單元整齊排布組成，且相鄰貼片單元之間設(shè)有縫隙，所述的高介電常數(shù)介 質(zhì)層中設(shè)有連接貼片層和金屬層的金屬探針。所述天線底座上設(shè)有射頻連接器，射頻連接 器與天線饋電網(wǎng)及有源放大電路之間設(shè)有射頻饋線連接。
[0007] 進一步的，所述的雙頻光子帶隙扼流圈下表面與GNSS無源天線下表面平齊。
[000引作為優(yōu)選，所述縫隙的大小為0.2~10mm。
[0009] 作為優(yōu)選，所述的高介電常數(shù)介質(zhì)層的介電常數(shù)為20~100,且高介電常數(shù)介質(zhì)層 的厚度為真空波長的五十分之一。
[0010] 作為優(yōu)選，貼片單元的形狀采用正六邊形，也可W為正方形、圓形、矩形等不同形 狀。
[0011] 更進一步的，所述的貼片單元，其外切圓直徑大小為真空波長的十分之一到二十 分之一。
[0012] 所述的GNSS天線的雙頻光子帶隙扼流圈主要對1193~1290M化和1559~1616MHz 兩個頻段進行衰減。
[0013] 為了簡單、直觀的分析本實用新型中的電磁特性，給出等效LC諧振模型。本實用 新型的雙頻光子帶隙扼流圈單元尺寸遠小于工作波長，適宜采用等效的集總參數(shù)來描述電 磁結(jié)構(gòu)。等效為IX諧振電路。諧振電路的阻抗為：
[0016] 諧振頻率為；
[0017] 實用化的光子帶隙單元，在貼片中央位置與金屬探針相連的位置，添加了分布電 感，或者在金屬探針與下層金屬的相連位置，添加了分布電感。在等效LC諧振模型中，在L兩 端添加了串聯(lián)電感，分布電感越大，諧振頻率越低，在不改變貼片大小和單元之間縫隙的情 況下，改變諧振頻率。
[0018] 進一步，可將本實用新型中的光子帶隙單元構(gòu)造成Ξ層結(jié)構(gòu)或多層結(jié)構(gòu)。
[0019] 進一步，可將本實用新型中的光子帶隙扼流圈設(shè)計為3D結(jié)構(gòu)。
[0020] 更進一步，且貼片單元上設(shè)有螺旋形狀的分布電感螺旋線。
[0021] 在【實用新型內(nèi)容】中作為示例公布了一種實現(xiàn)方式，在具體實施過程中只要遵照一 定的共同點，按照本實用新型的設(shè)計思路，按照不同的應用要求，可將天線設(shè)計用于GPS、 化0NASS、Galileo和北斗衛(wèi)星導航的任一系統(tǒng)扼流天線，經(jīng)過稍加改變，可W實現(xiàn)單頻或多 頻的多徑抑制功能；同樣也適合于需要扼流效果的其他類型天線或微波設(shè)備。
[0022] 本實用新型的有益效果在于：
[0023] (1)實現(xiàn)雙頻扼流圈的實用光子帶隙結(jié)構(gòu)，對多徑干擾進行選擇性衰減，提高抗多 徑干擾能力。
[0024] (2)通過改變分布電感實現(xiàn)雙頻扼流，不同種諧振單元的外觀尺寸相同，方便不同 種諧振單元的組合，避免了傳統(tǒng)光子晶體因為不同頻率單元尺寸不同帶來的組合困難。
[0025] (3)采用分布電感降低諧振頻率，實現(xiàn)光子晶體結(jié)構(gòu)小型化，便于扼流天線小型 化。
[0026] (4)實現(xiàn)扼流結(jié)構(gòu)的低剖面、輕質(zhì)化;簡化生產(chǎn)工藝、降低加工成本。
【附圖說明】

[0027] 圖1為雙頻光子帶隙扼流圈GNSS天線的結(jié)構(gòu)示意圖。
[00%]圖2為雙頻光子帶隙扼流圈的俯視圖。
[0029] 圖3為雙頻光子帶隙兩個相鄰單元的剖面圖。
[0030] 圖4為雙頻光子帶隙兩個相鄰不同單元貼片的俯視圖。
[0031] 圖5為雙頻光子帶隙兩個相鄰不同單元等效IX諧振模型。
【具體實施方式】
[0032] 下面通過實施例結(jié)合附圖對本實用新型作進一步的描述。下面結(jié)合附圖和實施例 進行詳細說明。
[0033] 如圖1至5所示，本實用新型的實施例為一種GNSS天線的雙頻光子帶隙扼流圈，應 用于GNSS天線中，GNSS微帶低頻天線2和GNSS微帶高頻天線3疊放，安裝在天線的中央位置， 雙頻光子帶隙扼流圈1圍繞在四周，雙頻光子帶隙扼流圈1下表面與GNSS微帶低頻天線2下 表面平齊，共同安裝在射頻PCB4上，射頻PCB4背部有天線饋電網(wǎng)絡和有源放大電路6。其他 附屬的結(jié)構(gòu)有天線罩5、射頻饋線7、射頻連接器8等。
[0034] 雙頻光子帶隙扼流圈1包括由下而上的金屬層11、高介電常數(shù)介質(zhì)層12、貼片層 13,所述貼片層13為若干個貼片單元14整齊排布組成，且相鄰貼片單元14之間設(shè)有縫隙10， 所述的高介電常數(shù)介質(zhì)層12中設(shè)有連接貼片層13和金屬層11的金屬探針15。所述的貼片單 元14為正六邊形，其外切圓直徑大小為真空波長的十五分之一，且貼片單元14上設(shè)有螺旋 形狀的分布電感螺旋線9,改變分布電感螺旋線9的長度，就可實現(xiàn)分布電感的調(diào)節(jié)，圖4中 所示雙頻光子帶隙兩個相鄰不同貼片單元的電感不同，實現(xiàn)雙頻光子帶隙。如圖5所示，雙 頻光子帶隙兩個相鄰不同單元等效LC諧振模型，模型中集總參數(shù)電容C等效由貼片之間的 縫隙10形成的分布電容，集總參數(shù)電感L1、L3等效由螺旋線形成的分布電感，集總參數(shù)電感 L2、L4等效由探針形成的分布電感；當相鄰的貼片相同時，L1 = L3，L2 = L4;當相鄰的貼片不 同時，L1、L3可能不等;形成不同諧振頻率的回路，對不同頻率的進行扼流。
[0035] 所述縫隙10的大小為2mm。所述的高介電常數(shù)介質(zhì)層12的介電常數(shù)為50,且高介電 常數(shù)介質(zhì)層12的厚度為真空波長的五十分之一。
[0036] 所述的該種GNSS雙頻扼流天線主要對1193~1290MHz和1559~1616MHz兩個頻段 進行衰減。
[0037] W上顯示和描述了本實用新型的基本原理、主要特征和優(yōu)點，僅是本實用新型在 設(shè)計GNSS天線實施的較佳示例而已，并非對技術(shù)范圍做任何限制，本行業(yè)的技術(shù)人員應該 了解，在不脫離本實用新型的創(chuàng)意精神和范圍的前提下，還會有各種變化和改進，凡是依 據(jù)本實用新型的技術(shù)實質(zhì)對W上示例所做的任何細微修改、等同變化與修飾，均仍屬于本 實用新型的技術(shù)方案范圍。
【主權(quán)項】
1. 一種GNSS天線的雙頻光子帶隙扼流圈，采用一種實用化的諧振型微波光子晶體結(jié)構(gòu) 實現(xiàn)設(shè)計目標，其特征在于:通過在天線底部設(shè)置雙頻光子帶隙結(jié)構(gòu)，有效抑制低仰角表面 波在徑向上的傳播，采用分布電感結(jié)構(gòu)，在不改變貼片大小和單元之間縫隙的情況下，改變 諧振頻率實現(xiàn)單元結(jié)構(gòu)微型化和頻率特性微調(diào)；同一個雙頻扼流天線中采用兩種不同的分 布電感結(jié)構(gòu)，構(gòu)造出具有雙頻扼流性能的GNSS天線扼流圈；結(jié)構(gòu)上包括:底部為金屬層、中 間為高介電常數(shù)介質(zhì)層、頂部為貼片層，對于二層結(jié)構(gòu)的光子晶體單元，介質(zhì)上表面是周期 性排布的金屬貼片，貼片中央位置有金屬探針與底層金屬相連;底層金屬為完整的平面金 屬板;所述貼片層為若干個貼片單元(14)整齊排布組成，且相鄰貼片單元之間設(shè)有縫隙，所 述的高介電常數(shù)介質(zhì)層中設(shè)有連接貼片層和金屬層的金屬探針。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種GNSS天線的雙頻光子帶隙扼流圈，其特征在于:所述的雙 頻光子帶隙扼流圈（1)下表面與GNSS微帶天線（2)下表面平齊，也可以低于GNSS天線下表 面。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種GNSS天線的雙頻光子帶隙扼流圈，其特征在于:所述的貼 片單元(14)為正六邊形，也可以為正方形、圓形、矩形。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種GNSS天線的雙頻光子帶隙扼流圈，其特征在于:所述的貼 片單元(14)上設(shè)有螺旋形狀的分布電感螺旋線(9)。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種GNSS天線的雙頻光子帶隙扼流圈，其特征在于:所述的高 介電常數(shù)介質(zhì)層的相對介電常數(shù)為20~100。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種GNSS天線的雙頻光子帶隙扼流圈，其特征在于:所述的天 線主要對1193~1290MHz和1559~1616MHz兩個頻段進行衰減。
【文檔編號】H01Q15/00GK205692963SQ201620500385
【公開日】2016年11月16日
【申請日】2016年5月27日 公開號201620500385.2, CN 201620500385, CN 205692963 U, CN 205692963U, CN-U-205692963, CN201620500385, CN201620500385.2, CN205692963 U, CN205692963U
【發(fā)明人】徐廣成
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