專利名稱：小型化單饋電點雙頻雙極化微帶天線的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種天線，尤其涉及微波通訊中使用的一種小型化單饋電點雙頻雙極
化微帶天線，屬于通信技術領域。
背景技術：
在實際應用中，往往需要能在多頻段工作的天線，如導航系統接收機，通信電臺的 收發共用天線，跳頻工作的雷達和通信設備及某些頻率捷變和極化捷變的天線等。圓極化 微帶天線更是廣泛地應用于衛星導航系統接收機。隨著衛星導航技術在社會各個領域的廣 泛應用，人們對GPS天線的性能提出了更高的要求 1、寬波束及良好的低仰角性能。GPS接收機要實現高精度定位，就需要同時接收多 顆衛星的導航信號，這就要求天線具備寬波束的特點。具體說來，就是在仰角大于5度的空 間內都能很好地接收衛星信號。 2、高增益。采用高增益天線接收衛星信號是提高GPS接收機定位精度的有效途 徑。 3、圓極化。考慮到GPS衛星發射的是圓極化電磁波，因此天線應該工作在圓極化 狀態以達到良好的極化匹配。 4、多頻點工作。為了使接收機兼容不同導航系統發出的導航信號，經常要求天線 能夠同時接收兩個或者多個頻點的電磁波。 5、小型化，輕型化，結構緊湊。由于GPS接收機具有不同的應用場合，如手持設備 或者車載設備，因此對天線有著嚴格的體積、重量限制，同時要求天線具備緊湊的空間結 構。 然而，目前微帶天線實現雙頻段工作的基本方式主要采用以下兩類多片法和單 片法。多片法利用諧振頻率不同的多個貼片相應地放在疊在一起的基板上，通常將較大的 貼片放在下面的基板上，較小的貼片放在上面的基板上。但這將使天線的縱向高度增加，易 于引起表面波的產生，從而降低天線的輻射效率；同時也增加工藝難度，增加制作成本。單 片法則利用一個貼片的不同模式同時工作，或利用加載來形成幾個不同的諧振頻率，雖然 這可以保持低的剖面，但平面占用面積較大，不利于小型化。
發明內容
針對現有技術存在的上述不足，本發明的目的在于提出一種體積小、低剖面、輻射 效率高、制作工藝簡單并且具有寬頻帶雙頻雙極化的微帶天線。 本發明的技術方案是這樣實現的小型化單饋電點雙頻雙極化微帶天線，它包括 襯底基板，在襯底基板上表面設有輻射貼片，在襯底基板下表面設有導電接地板；在襯底基 板上豎直穿過有同軸探針饋電，同軸探針饋電下端與同軸射頻接頭連接，上端與輻射貼片 電耦合；本發明的改進在于所述輻射貼片由方形的第一輻射貼片和第二輻射貼片構成， 第二輻射貼片為環狀，第一輻射貼片位于第二輻射貼片中空內且兩者具有相同的中心，第一輻射貼片和第二輻射貼片具有相同的垂直平分線；同軸探針饋電與第一輻射貼片直接連 接發生電耦合，第二輻射貼片與第一輻射貼片相互電磁耦合。 進一步地，第一輻射貼片和第二輻射貼片均為在對角位置對稱切角的切角貼片， 其中切角為等腰直角三角形。 第一輻射貼片的切角位置和第二輻射貼片的切角位置交錯設置。 第一輻射貼片和同軸探針饋電的耦合點位于第一輻射貼片的垂直平分線上。 本發明結合了傳統的實現雙頻段工作的兩種方式，提出了一種新穎的單層雙片結
構，使天線很好的實現雙頻圓極化特性。因此本天線在要求的工作頻點上具備體積小、低剖
面、制作工藝簡單、成本低的特點，同時也具有良好的軸比帶寬和較高的低仰角增益，可用
于高性能衛星導航系統接收機。同時，滿足車載設備對天線體積和重量的限制。
圖1-本發明第一輻射貼片示意圖； 圖2_本發明第二輻射貼片示意圖； 圖3_本發明單饋電點雙頻雙極化微帶天線俯視圖； 圖4_圖3A-A橫截面示意圖； 圖5-本發明雙頻雙極化微帶天線回波損耗特性圖。
具體實施例方式
下面結合附圖對本發明作進一步說明。 參見圖3和圖4，本發明單饋電點雙頻雙極化微帶天線，它包括襯底基板7，襯底基 板7可用陶瓷介質基板或有機介質基板。在襯底基板7上表面設有第一輻射貼片1和第二 輻射貼片2，在襯底基板7下表面設有導電接地板8和同軸射頻接頭9。第一輻射貼片1、第 二輻射貼片2和導電接地板8由導電材料構成。第一輻射貼片l為方形實心貼片，第二輻 射貼片2為方形環狀貼片，第一輻射貼片1位于第二輻射貼片2中空內且兩者具有相同的 中心，第一輻射貼片和第二輻射貼片具有相同的垂直平分線。在襯底基板7上設有同軸探 針饋電6，同軸探針饋電6通過通孔從襯底基板7下表面的導電接地板8直接連接到襯底基 板7上表面的第一輻射貼片1并發生電耦合，同軸探針饋電6下端與同軸射頻接頭9連接。 第二輻射貼片與第一輻射貼片的間距5以使兩者相互產生電磁耦合，而不是直接與上述同 軸探針饋電6電耦合。 第一輻射貼片1的中心點、第二輻射貼片2的中心點和第一輻射貼片1和同軸探
針饋電6的耦合點位于方形切角貼片未切角時正方形的垂直平分線上。 進一步地，第一輻射貼片1和第二輻射貼片2均為在對角位置對稱切角的切角貼
片，其中切角3、4為等腰直角三角形，見圖1和圖2。其中斜線陰影部分為涂覆導電金屬材料
部分，可以是Ag、 Cu等材料，通過平面印刷工藝或者光刻腐蝕工藝制作，也可采用LTCC(低
溫共燒陶瓷)技術工藝實現。并且第一輻射貼片的切角位置和第二輻射貼片的切角位置交
錯設置，見圖3。 本單層基板的介電常數e r較佳為4. 4。同軸探針饋電6由電訊號直接耦合的方 式予以激發第一輻射貼片1及間接耦合的方式激勵第二輻射貼片2，其中第二輻射貼片天線負責接收及傳送低頻段訊號(預設為2. 7GHz)，第一輻射貼片天線負責接收及傳送高頻段訊號(預設為3. 2GHz)。 參考圖1所示，第一輻射貼片1的邊長為l(L， U并且在饋電點處被饋電。第一輻射貼片天線的諧振頻率基本上由貼片的邊長l(l" 1》來決定。當上述天線的波長為入的時候，第一輻射切角貼片的邊長1(1"1》為A/2。 在本發明中，上述第一輻射貼片的兩個對角被以邊長為S工的等腰直角三角形的形式所切掉。由于方形被切角，從饋電點到方形切角貼片兩邊的電長度不相等，因此將有兩種諧振模式被獲得，通過調整切角在方形的位置，可以得到兩種幅度相等，互相垂直正交，相位相差90度的電磁波，從而實現不同的圓極化方式，如左旋圓極化或右旋圓極化。通過調整切角邊長S"S2，可以得到良好的圓極化軸比。 參考圖1、圖2和圖3所示，雙頻帶的諧振頻率的阻抗匹配可通過調節同軸探針饋電6的位置來實現。另外，第二輻射貼片2的中心處為中空，故使用者也可適當調整第二輻射貼片環2的寬度，從而達到阻抗匹配目的。 一般而言，環的寬度愈窄則第二輻射貼片2的阻抗愈高。由于第二輻射貼片2的中間為中空，第一輻射貼片1可置于第二輻射貼片2的中空處以達到節省電路面積的目的。 眾所皆知，天線的工作頻帶寬度與天線襯底基板7厚度有關。因此，參考圖3所示，為了得到使用者需要的頻帶寬度，可適當調節襯底基板7厚度。 一般而言，襯底基板厚度跟頻帶寬度成正比。但從物理意義上說，增大襯底基板的厚度，即增大微帶貼片四周縫隙的寬度，從而增加了從諧振腔中輻射出的能量。但是厚度的增加會激勵起更多的表面波模式，雖然表面波損耗也會降低Q值，但同時也降低了需要方向上的輻射，并且會改變天線的方向特性，因此基片厚度的增加只能在一定程度上進行，應折中考慮。 按上述實現思想，作為一個實施例的微帶天線參數如下h = 1. 6mm， ^ = 18. 6mm，12 = 50. 4mm， S！ = 1. 2mm， S2 = 4mm， d = 4. 5mm， w = 0. 15mm，其中h為襯底基板厚度。上述天線的回波損耗曲線如圖5所示，在2. 75GHz和3. 15GHz處同時出現兩個諧振頻率，諧振峰強度分別為-17. 37dB和-21. 25dB，均能滿足天線工作要求。 當然，通過對襯底基板材料特性、輻射貼片面積、同軸探針饋電的位置和襯底基板高度等參數的調整，也可以使天線的諧振頻率和阻抗達到其他設計指標要求，形成既是效率高，增益大，方向性好的天線，可用于高性能衛星導航系統接收機，同時，滿足車載設備對天線體積和重量的限制。 最后說明的是，以上實施例僅用以說明本發明的技術方案而非限制，盡管參照較佳實施例對本發明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，可以對本發明的技術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發明技術方案的宗旨和范圍，其均應涵蓋在本發明的權利要求范圍當中。
權利要求
小型化單饋電點雙頻雙極化微帶天線，它包括襯底基板(7)，在襯底基板上表面設有輻射貼片，在襯底基板下表面設有導電接地板(8)，在襯底基板上豎直穿過有同軸探針饋電(6)，同軸探針饋電(6)下端與同軸射頻接頭(9)連接，上端與輻射貼片電耦合，其特征在于所述輻射貼片由方形的第一輻射貼片(1)和第二輻射貼片(2)構成，第二輻射貼片(2)為環狀，第一輻射貼片(1)位于第二輻射貼片(2)中空內且兩者具有相同的中心，第一輻射貼片(1)和第二輻射貼片(2)具有相同的垂直平分線，同軸探針饋電(6)與第一輻射貼片(1)直接連接發生電耦合，第二輻射貼片(2)與第一輻射貼片(1)相互電磁耦合。
2. 根據權利要求1所述的小型化單饋電點雙頻雙極化微帶天線，其特征在于第一輻射貼片(1)和第二輻射貼片(2)均為在對角位置對稱切角的切角貼片，其中切角(3，4)為等腰直角三角形。
3. 根據權利要求2所述的小型化單饋電點雙頻雙極化微帶天線，其特征在于第一輻射貼片(1)的切角位置和第二輻射貼片(2)的切角位置交錯設置。
4. 根據權利要求1或2或3所述的小型化單饋電點雙頻雙極化微帶天線，其特征在于第一輻射貼片(1)和同軸探針饋電(6)的耦合點位于第一輻射貼片(1)的垂直平分線上。
全文摘要
本發明涉及小型化單饋電點雙頻雙極化微帶天線，在襯底基板上表面設有第一輻射貼片和第二輻射貼片，第一輻射貼片和第二輻射貼片為在對角位置對稱切角的切角貼片，第二輻射貼片為環狀，第一輻射貼片位于第二輻射貼片中空內且兩者具有相同的中心；在襯底基板下表面設有導電接地板；在襯底基板上豎直穿過有同軸探針饋電，同軸探針饋電與第一輻射貼片直接連接發生電耦合，第二輻射貼片與第一輻射貼片相互電磁耦合。本發明實現了雙頻圓極化，具備體積小、低剖面、制作工藝簡單、成本低的特點，同時也具有良好的軸比帶寬和較高的低仰角增益，可用于高性能衛星導航系統接收機。同時，滿足車載設備對天線體積和重量的限制。
文檔編號H01Q13/08GK101740870SQ20091025104
公開日2010年6月16日 申請日期2009年12月28日 優先權日2009年12月28日
發明者劉光聰, 劉錦, 林廷芬, 段志奇, 蔣洪平, 薛偉, 陳世釵, 陳湘渝 申請人:中國電子科技集團公司第二十六研究所