專利名稱：一種多模衛星定位導航終端天線的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種多模衛星定位，航終端天線，尤其是指應用于高精度衛星 定位導航和授時系統中的接收天線。
背景技術：
2008年我國"北斗"衛星定位導航系統在抗震救災中作用顯著，衛星定位 導航越來越受到人們的關注。同樣，美國的GPS、俄羅斯的GL0NASS和歐洲的 GALILEO正被廣泛的使用。我國自主研發的"北斗"衛星定位導航系統也已滿足 我國極其周邊地區用戶對衛星定位導航的需求，并且計劃2010年逐步擴展為全 球衛星定位導航系統。當前市場上最常見的汽車衛星定位導航儀只能接收L1頻 段的GPS信號、定位精度低。為了提高定位精度，衛星定位導航終端采用Ll/L2 雙頻或L1/L2/L5三頻工作模式。但這些終端都受到美國的限制，假如某一天美 國不向我國提供GPS服務，這些終端將無法使用。例如，我國CDMA網絡曾經出 現過癱瘓事件就是由于美國GPS系統未授時。為解決單一系統覆蓋空白和定位 精度低的問題，未來的衛星定位導航必將是多模式兼容和多系統集成，而終端 天線作為衛星定位導航系統的重要組成部分，其性能好壞將對整個定位導航系 統的性能產生很大影響。
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 點，己得到廣泛應用。但隨著衛星定位導航系統的發展，對天線的覆蓋范圍提 出了越來越高的要求。如我國的"北斗"定位系統和美國的GPS系統用戶機天 線，以及測控系統的飛行器機載天線，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(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用于導航終端天線，從 而滿足多模衛星定位導航終端天線的要求。
發明內容
本發明針對以上問題的提出，而研制一種能夠接收GPS、 GLONASS， GALILEO 和"北斗"定位導航信號的多模衛星定位導航終端天線。本發明采用的技術原理為
采用疊層微帶貼片天線結構實現雙帶工作。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 的介質基板。當介質基板覆蓋在卜.層貼片卜.方，能夠增加波朿寬度和進一歩提 高低仰角增益。為了實現右旋圓極化(RHCP)接收，采用寬帶正交饋電網絡對 疊層微帶貼片天線饋電，且饋電網絡集成到天線下方，結構緊湊，便于加工。
實采用的技術指標如下
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)；》-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。 本發明采用的技術手段如下 一種多模衛星定位導航終端天線，其特征在于包括疊層微帶貼片天線、 寬帶正交饋電網絡和連接探針；
所述疊層微帶貼片天線的結構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有介質基板，同時 在固定電容板的介質基板、固定上層貼片的介質基板和固定下層貼片的介質基
板之間設有補償空氣層；
所述寬帶正交饋電網絡由Wilkinson功分器和90度寬帶相移器組成并固定 在地下面介質基板上；
所述電容板通過連接探針與寬帶正交饋電網絡輸入端連接，并在連接探針 穿越的上層貼片、下層貼片和地的相應位置設有保護孔，且保護孔的內徑大于 連接探針的直徑。
所述上層貼片通過電容板耦合饋電，工作于高頻段1559-1610 MHz，用于接 收L1頻段附近的衛星定位導航信號；所述下層貼片通過上層貼片耦合饋電，工 作于低頻段1164-1239 MHz,用于接收L2和L5頻段附近的衛星定位導航信號。 所述疊層微帶貼片天線中的介質基板采用介電常數9 11的介質基板。 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。
所述連接探針長度隨所述補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絡通過固定螺絲固定在一起。
所述寬帶正交饋電網絡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， 相對于中心頻率1. 4GHz電長度為270度的微帶線；路徑二由特性阻抗為62歐 姆，相對于中心頻率1.4GHz電長度180度的微帶線；其中所述路徑一和路徑二 在1. 1-L7GHz頻率范圍內相差在90土5度之間。
所述90度寬帶相移器中的開路/短路微帶線采用特件阻抗為75歐姆，開路 微帶線電長度為24度，短路微帶線電長度59. 5度即相對于中心頻率1. 4GHz。
由于采用了上述技術方案，本發明提供的多模衛星定位導航終端天線，通過 提高微帶貼片天線的低仰角增益，從而滿足各種模式衛星定位導航終端天線， 高精度定位和授吋系統中使用的要求。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，非常適合于高精度衛星定位導航和 授時系統中的應用。
圖1是本發明多模衛星定位導航終端天線的立體圖； 圖2是疊層微帶貼片天線的結構視圖； 圖3是寬帶正交饋電網絡的結構視圖； 圖4是寬帶正交饋電網絡的原理圖5是本發明多模衛星定位導航終端天線的反射系數(Sn)圖； 圖6是本發明多模衛星定位導航終端天線在1. 207GHz處輻射模式圖； 圖7是本發明多模衛星定位導航終端天線在1. 575GHz處輻射模式圖。
具體實施例方式
如圖1 圖4所示，本發明多模衛星定位導航終端天線包括疊層微帶貼片天 線2、寬帶正交饋電網絡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、介質基板25、補償空氣層26和保護孔27 (如圖2所不)；上層貼片22通過電容板21耦合饋電，工作于高頻段(1559-1610 腿z)，用于接收Ll頻段附近的衛星定位導航信號；下層貼片23通過上層貼片 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 衛星定位導航信號。電容板21和上層貼片22之間構成耦合電容，上層貼片22和下次貼片23也構成耦合電容，這兩個耦合電容補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。其中介質基板采用高介電常數的 基板(本實施例采用介電常數為10.2的介質基板)，覆蓋在上層貼片的介質基 板，可以增加了天線波束寬度和提高了天線低仰角增益。電容板通過連接探針 與寬帶iH交饋電網絡輸入端連接。因為介質基板25的厚度和介電常數通常是不 均勻的，采用補償空氣層26進行調諧和補償；調試時改變補償空氣層26的厚 度，當多模衛星定位導航終端天線的輸入駐波比在1164-1239 MHz和1559-1612 MHz頻率范圍內同時小于1. 5時，說明補償空氣層26厚度已經合適，確定所述 補償空氣層厚度和連接探針長度，最后用四個螺絲把疊層微帶貼片天線和寬帶 正交饋電網絡固定在一起。為了避免上層貼片22、下層貼片23、地24和連接 探針4短路，在相應位置過保護孔26，這樣電容板21和上層貼片22之間才能 構成耦合電容，同時上層貼片22和下次貼片23也才能構成耦合電容。如圖3 和圖4所示寬帶正交饋電網絡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)，長度為3^/4 (相對于中心頻率1. 4GHz電長度為270度)的微帶線3211; 路徑322由特性阻抗為4 (62歐姆)，長度為Ag (相對于中心頻率1. 4GHz電長 度180度)的微帶線3221和其兩側的一對開路微帶線3222和短路微帶線3223 線組成。開路微帶線3222的特性阻抗為Z2 (75歐姆)，電長度為24度(相對于 中心頻率1. 4GHz)。短路微帶線3223的特性阻抗為《(75歐姆)，電長度為59. 5 度(相對于中心頻率1.4GHz)。以往的90度寬帶相移器31中的開路/短路微帶 線的特性阻抗很大，對應線寬很小，不利于加工。因此，我們研制出減小了開 路/短路微帶線的特性阻抗，以利于加工，但為了達到同樣的性能，開路和短路 微帶線的長度不等，且丌路/短路微帶線的長度隨特性阻抗變化而變化。本發明 提出的寬帶正交饋電網絡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星定位導航終端天線的圓極化性能。
請參閱圖5，本發明多模衛星定位導航終端天線的反射系數(Sn)在工作頻 段1164-1239 MHz和1559-1612 MHz之間均小于-14 dB(相對于電壓駐波比1. 5)， 說明本發明多模下.星定位導航終端天線輸入端匹配良好。圖6和圖7分別為本 發明多模衛星定位導航終端天線在工作頻率1.207GHz和1.575GHz的輻射模式 圖。由測試結果可知，該天線具有波束寬、圓極化性能好和低仰角增益高的特點，非常適合于高精度衛星定位導航和授時系統中的應用。
以上所述，僅為本發明較佳的具體實施方式
，但本發明的保護范圍并不局 限于此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發明揭露的技術范圍內，根據本 發明的技術方案及其發明構思加以等同替換或改變，都應涵蓋在本發明的保護 范圍之內。
權利要求
1、一種多模衛星定位導航終端天線，其特征在于包括疊層微帶貼片天線、寬帶正交饋電網絡和連接探針；所述疊層微帶貼片天線的結構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有介質基板，同時在固定電容板的介質基板、固定上層貼片的介質基板和固定下層貼片的介質基板之間設有補償空氣層；所述寬帶止交饋電網絡由Wilkinson功分器和90度寬帶相移器組成并固定在地下面介質基板上；所述電容板通過連接探針與寬帶正交饋電網絡輸入端連接，并在連接探針穿越的上層貼片、下層貼片和地的相應位置設有保護孔，且保護孔的內徑大于連接探針的直徑。
2、 根據權利要求l所述的一種多模衛星定位導航終端天線，其特征在于所 述上層貼片通過電容板耦合饋電，工作于高頻段1559-1610 MHz，用于接收Ll 頻段附近的衛星定位導航信號；所述下層貼片通過上層貼片耦合饋電，工作于 低頻段1164-1239 MHz，用于接收L2和L5頻段附近的衛星定位導航信兮。
3、 根據權利要求l所述的一種多模衛星定位導航終端天線，其特征在于所 述疊層微帶貼片天線中的介質基板采用介電常數9 11的介質基板。
4、 根據權利要求1或2所示的一種多模衛星定位導航終端天線，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 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、 根據權利要求1所述的一種多模衛星定位導航終端天線，其特征在于所 述連接探針長度隨所述補償空氣層厚度的變化而變化，其中疊層微帶貼片天線 和寬帶正交饋電網絡通過固定螺絲固定在一起。
6、 根據權利要求1所述的一種多模衛星定位導航終端天線，其特征在于 所述寬帶正交饋電網絡集成到所述疊層微帶貼片天線下方。
7、 根據權利要求6所述的一種多模衛星定位導航終端天線，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 于中心頻率1.4GHz電長度為270度的微帶線；路徑二由特性阻抗為62歐姆， 相對于中心頻率1.4GHz電長度180度的微帶線；其中所述路徑一和路徑二在(1. 1-1. 7GHz頻率范圍內相差在90±5度之間。
8.根據權利要求6所述的一種多模衛星定位導航終端天線，其特征在于所 述90度寬帶相移器中的開路/短路微帶線采用特性阻抗為75歐姆，相對于中心 頻率1. 4GHz，開路微帶線電長度為24度，短路微帶線電長度59. 5度，且所述開 路/短路微帶線的長度隨特性阻抗變化而變化。
全文摘要
本發明公開了一種多模衛星定位導航終端天線，其特征在于包括疊層微帶貼片天線、寬帶正交饋電網絡和連接探針；所述疊層微帶貼片天線的結構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有介質基板，同時在固定電容板的介質基板、固定上層貼片的介質基板和固定下層貼片的介質基板之間設有補償空氣層；所述寬帶正交饋電網絡由Wilkinson功分器和90度寬帶相移器組成并固定在地下面介質基板上；該天線具有成本較低、天線波束寬和低仰角增益高等特點，非常適合于高精度衛星定位導航和授時系統中的應用。
文檔編號H01Q13/08GK101533956SQ20091001092
公開日2009年9月16日 申請日期2009年3月27日 優先權日2009年3月27日
發明者付世強, 呂善偉, 房少軍, 王鐘葆 申請人:大連海事大學