专利名称：一种双频段卫星导航接收天线的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种双频段卫星导航接收天线，尤其是指应用于高精度卫 星定位导航和授时系统中的接收天线。
背景技术：
2008年我国"北斗"卫星定位导航系统在抗震救灾中作用显著，卫星定位 导航越来越受到人们的关注。同样，美国的GPS、俄罗斯的GL0NASS和欧洲的 GALILEO正被广泛的使用。我国自主研发的"北斗"卫星定位导航系统也已满足 我国极其周边地区用户对卫星定位导航的需求，并且计划2010年逐步扩展为全 球卫星定位导航系统。当前市场上最常见的汽车卫星定位导航仪只能接收L1频 段的GPS信号、定位精度低。为了提高定位精度，卫星定位导航终端采用Ll/L2 双频或L1/L2/L5三频工作模式。但这些终端都受到美国的限制，假如某一天美 国不向我国提供GPS服务，这些终端将无法使用。例如，我国CDMA网络曾经出 现过瘫痪事件就是由于美国GPS系统未授时。为解决单一系统覆盖空白和定位 精度低的问题，未来的卫星定位导航必将是多模式兼容和多系统集成，而终端 天线作为卫星定位导航系统的重要组成部分，其性能好坏将对整个定位导航系 统的性能产生很大影响。
因贴片天线由于具有体积小、重量轻、低剖面、低成本和易共形等优点， 己得到广泛应用。但随着卫星定位导航系统的发展，对天线的覆盖范围提出了 越来越高的要求。如我国的"北斗"定位系统和美国的GPS系统用户机天线， 以及测控系统的飞行器机载天线，都要求具有近似半球的覆盖能力，而且要具 有较高的低仰角增益。而普通的贴片天线的波束宽度一般在70 110度左右， 在低仰角时(仰角为10度)增益在-7 -3dBi之间。所以不提高贴片天线的低仰 角增益，就不能够很好将贴片天线应用于导航终端天线，从而满足双频段卫星 导航接收天线的要求。 发明内容
本实用新型针对以上问题的提出，而研制一种能够接收GPS、 GLONASS， GALILEO和"北斗"定位导航信号的双频段卫星导航接收天线。本实用新型采用采用叠层贴片天线结构实现双频段工作。为了保证低频段75MHz的带宽采用电容耦合馈电方式。为了提高贴片天线低仰角增益，采用高介电常数的介质 基板。当介质基板覆盖在上层贴片上方，能够增加波束宽度和进一步提高低仰角增益。为了实现右旋圆极化(RHCP)接收，采用宽带正交馈电网络对叠层贴 片天线馈电，且馈电网络集成到天线下方，结构紧凑，便于加工。实采用的技术指标如下频率范围1164-1239 MHz， 1559-1612 MHz 极化方式RHCPVSWR: <1.5:1轴比 《3 dB天线增益>0 dBi (顶点)；dBi (低仰角)天线波束方位0-360° ，仰角5-90° 馈电方式50欧姆SMA连接器。本实用新型采用的技术手段如下 一种双频段卫星导航接收天线，其特征在于包括叠层贴片天线、宽带正 交馈电网络和连接探针；所述叠层贴片天线的结构至上而下依次为电容板、上层贴片、下层贴片和 地，并在电容板、上层贴片、下层贴片和地之间分别设有介质基板，同时在固 定电容板的介质基板、固定上层贴片的介质基板和固定下层贴片的介质基板之间设有补偿空气层；所述宽带正交馈电网络由Wilkinson功分器和90度宽带相移器组成并固定 在地下面介质基板上；所述电容板通过连接探针与宽带正交馈电网络输入端连接，并在连接探针 穿越的上层贴片、下层贴片和地的相应位置设有保护孔，且保护孔的内径大于 连接探针的直径。所述上层贴片通过电容板耦合馈电，工作于高频段1559-1610 MHz，用于接 收L1频段附近的卫星定位导航信号；所述下层贴片通过上层贴片耦合馈电，工 作于低频段1164-1239 MHz，用于接收L2和L5频段附近的卫星定位导航信号。 所述叠层贴片天线中的介质基板采用介电常数9 11的介质基板。 所述上层贴片由电容板耦合馈电，下层贴片由上层贴片耦合馈电，还用于5补偿了由连接探针引入的电感，提高了所述叠层贴片天线的阻抗带宽。所述连接探针长度随所述补偿空气层厚度的变化而变化，其中叠层贴片天线和宽带正交馈电网络通过固定螺丝固定在一起。所述宽带正交馈电网络集成到所述叠层贴片天线下方。所述90度宽带相移器包括两条路径，路径一是一段特性阻抗为50欧姆， 相对于中心频率1. 4GHz电长度为270度的微带线；路径二由特性阻抗为62欧 姆，相对于中心频率1.4GHz电长度180度的微带线；其中所述路径一和路径二 在1. 7GHz频率范围内相差在90±5度之间。所述90度宽带相移器中的开路/短路微带线采用^^性阻抗为75欧姆，开路 微带线电长度为24度，短路微带线电长度59. 5度即相对于中心频率1. 4GHz。由于采用了上述技术方案，本实用新型提供的双频段卫星导航接收天线，通 过提高贴片天线的低仰角增益，从而满足各种模式卫星定位导航终端天线，高 精度定位和授时系统中使用的要求。并且该天线成本较低、天线波束宽和低仰 角增益高，又具有圆极化性能好的特点，非常适合于高精度卫星定位导航和授 时系统中的应用。
图1是本实用新型双频段卫星导航接收天线的立体图；图2是叠层贴片天线的结构视图；图3是宽带正交馈电网络的结构视图；图4是宽带正交馈电网络的原理图；图5是本实用新型双频段卫星导航接收天线的反射系数(Sn)图； 图6是本实用新型双频段卫星导航接收天线在1. 207GHz处辐射模式图； 图7是本实用新型双频段卫星导航接收天线在1. 575GHz处辐射模式图。
具体实施方式
如图1 图4所示，本实用新型双频段卫星导航接收天线包括叠层贴片天线 2、宽带正交馈电网络3和连接探针4;叠层贴片天线2包括电容板21、上层贴 片22、下层贴片23、地24、介质基板25、补偿空气层26和保护孔27 (如图2 所示)；上层贴片22通过电容板21耦合馈电，工作于高频段(1559-1610 MHz)， 用于接收Ll频段附近的卫星定位导航信号；下层贴片23通过上层贴片22耦合 馈电，工作于低频段(1164-1239 MHz)，用于接收L2和L5频段附近的卫星定 位导航信号。电容板21和上层贴片22之间构成耦合电容，上层贴片22和下次贴片23也构成耦合电容，这两个耦合电容补偿了由连接探针引入的电感，从而 提高了叠层贴片天线2的阻抗带宽。其中介质基板采用高介电常数的基板(本 实施例采用介电常数为10.2的介质基板)，覆盖在上层贴片的介质基板，可以 增加了天线波束宽度和提高了天线低仰角增益。电容板通过连接探针与宽带正 交馈电网络输入端连接。因为介质基板25的厚度和介电常数通常是不均匀的， 采用补偿空气层26进行调谐和补偿；调试时改变补偿空气层26的厚度，当双 频段卫星导航接收天线的输入驻波比在1164-1239 MHz和1559-1612 MHz频率 范围内同时小于1.5时，说明补偿空气层26厚度已经合适，确定所述补偿空气 层厚度和连接探针长度，最后用四个螺丝把叠层贴片天线和宽带正交馈电网络 固定在一起。为了避免上层贴片22、下层贴片23、地24和连接探针4短路， 在相应位置过保护孔26，这样电容板21和上层贴片22之间才能构成耦合电容， 同时上层贴片22和下次贴片23也才能构成耦合电容。如图3和图4所示宽带 正交馈电网络3包括Wilkinson功分器31和90度宽带相移器32。 90度宽带相 移器32包括两条路径，路径321是一段特性阻抗为《(50欧姆)，长度为3 Jg/4 (相对于中心频率1. 4GHz电长度为270度)的微带线3211;路径322由特性阻 抗为《(62欧姆)，长度为人(相对于中心频率1. 4GHz电长度180度)的微带 线3221和其两侧的一对开路微带线3222和短路微带线3223线组成。开路微带 线3222的特性阻抗为《(75欧姆)，电长度为24度(相对于中心频率1. 4GHz)。 短路微带线3223的特性阻抗为《(75欧姆)，电长度为59. 5度(相对于中心频 率1. 4GHz)。以往的90度宽带相移器31中的开路/短路微带线的特性阻抗很大， 对应线宽很小，不利于加工。因此，我们研制出减小了开路/短路微带线的特性 阻抗，以利于加工，但为了达到同样的性能，开路和短路微带线的长度不等， 且开路/短路微带线的长度随特性阻抗变化而变化。本实用新型提出的宽带正交 馈电网络3，由于采用了我们所提出的90度宽带相移器31，在l.l-1.7GHz频 率范围内端口2和端口3，幅度差小于0.3dB、相移差为90士5度，从而提高了所述双频段卫星导航接收天线的圆极化性能。请参阅图5，本实用新型双频段卫星导航接收天线的反射系数(Sn)在工作 频段1164-1239 MHz和1559-1612 MHz之间均小于-14 dB (相对于电压驻波比 1.5)，说明本实用新型双频段卫星导航接收天线输入端匹配良好。图6和图7 分别为本实用新型双频段卫星导航接收天线在工作频率1.207GHz和1.575GHz 的辐射模式图。由测试结果可知，该天线具有波束宽、圆极化性能好和低仰角增益高的特点，非常适合于高精度卫星定位导航和授时系统中的应用。以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式
，但本实用新型的保护范 围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范 围内，根据本实用新型的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵 盖在本实用新型的保护范围之内。
权利要求1、一种双频段卫星导航接收天线，其特征在于包括叠层贴片天线、宽带正交馈电网络和连接探针；所述叠层贴片天线的结构至上而下依次为电容板、上层贴片、下层贴片和地，并在电容板、上层贴片、下层贴片和地之间分别设有介质基板，同时在固定电容板的介质基板、固定上层贴片的介质基板和固定下层贴片的介质基板之间设有补偿空气层；所述宽带正交馈电网络由Wilkinson功分器和90度宽带相移器组成并固定在地下面介质基板上；所述电容板通过连接探针与宽带正交馈电网络输入端连接，并在连接探针穿越的上层贴片、下层贴片和地的相应位置设有保护孔，且保护孔的内径大于连接探针的直径。
2、 根据权利要求l所述的一种双频段卫星导航接收天线，其特征在于所述 上层贴片通过电容板耦合馈电，工作于高频段1559-1610 MHz，用于接收Ll频 段附近的卫星定位导航信号；所述下层贴片通过上层贴片耦合馈电，工作于低 频段1164-1239 MHz，用于接收L2和L5频段附近的卫星定位导航信号。
3、 根据权利要求l所述的一种双频段卫星导航接收天线，其特征在于所述 叠层贴片天线中的介质基板采用介电常数9 11的介质基板。
4、 根据权利要求1或2所示的一种双频段卫星导航接收天线，其特征在于 所述上层贴片由电容板耦合馈电，下层贴片由上层贴片耦合馈电，还用于补偿 由连接探针引入的电感，提高了所述叠层贴片天线的阻抗带宽。
5、 根据权利要求l所述的一种双频段卫星导航接收天线，其特征在于所述 连接探针长度随所述补偿空气层厚度的变化而变化，其中叠层贴片天线和宽带 正交馈电网络通过固定螺丝固定在一起。
6、 根据权利要求1所述的一种双频段卫星导航接收天线，其特征在于所 述宽带正交馈电网络集成到所述叠层贴片天线下方。
7、 根据权利要求6所述的一种双频段卫星导航接收天线，其特征在于所 述90度宽带相移器包括两条路径，路径一是一段特性阻抗为50欧姆，相对于 中心频率1.4GHz电长度为270度的微带线；路径二由特性阻抗为62欧姆，相 对于中心频率1.4GHz电长度180度的微带线；其中所述路径一和路径二在1-1. 7GHz频率范围内相差在90±5度之间。
8、根据权利要求6所述的一种双频段卫星导航接收天线，其特征在于所述 90度宽带相移器中的开路/短路微带线采用特性阻抗为75欧姆，相对于中心频 率1. 4GHz,开路微带线电长度为24度，短路微带线电长度59. 5度，且所述开路/ 短路微带线的长度随特性阻抗变化而变化。
专利摘要本实用新型公开了一种双频段卫星导航接收天线，其特征在于包括叠层贴片天线、宽带正交馈电网络和连接探针；所述叠层贴片天线的结构至上而下依次为电容板、上层贴片、下层贴片和地，并在电容板、上层贴片、下层贴片和地之间分别设有介质基板，同时在固定电容板的介质基板、固定上层贴片的介质基板和固定下层贴片的介质基板之间设有补偿空气层；所述宽带正交馈电网络由Wilkinson功分器和90度宽带相移器组成并固定在地下面介质基板上；该天线具有成本较低、天线波束宽和低仰角增益高等特点，非常适合于高精度卫星定位导航和授时系统中的应用。
文档编号H01Q1/27GK201425968SQ20092001302
公开日2010年3月17日 申请日期2009年4月15日 优先权日2009年4月15日
发明者付世强, 吕善伟, 房少军, 王钟葆 申请人:大连海事大学