一种gnss天线的双频光子带隙扼流圈的制作方法
【专利摘要】一种GNSS天线双频光子带隙扼流圈，包括底部为金属层、中间为高介电常数介质层、顶部为贴片层。对于二层结构的光子晶体单元，介质上表面是周期性排布的金属贴片，贴片中央位置有金属探针与底层金属相连；底层金属为完整的平面金属板；所述贴片层为若干个贴片单元整齐排布组成，且相邻贴片单元之间设有缝隙，所述的高介电常数介质层中设有连接贴片层和金属层的金属探针。所述天线底座上设有射频连接器，射频连接器与天线馈电网及有源放大电路之间设有射频馈线连接。
【专利说明】
-种GNSS天线的双频光子带隙扼流圈
技术领域
[0001] 本实用新型设及卫星导航天线技术领域。具体设及一种GNSS天线的双频光子带隙 扼流圈。
【背景技术】
[0002] 卫星导航信号经过地面或附近物体反射，形成多径干扰，扼流圈天线是一种有效 抑制多径干扰的卫星导航及测量天线。扼流圈主要是采用空间滤波的方式，对低角度的入 射波进行衰减，实现抑制多径干扰的目的。扼流圈的理想滤波效果体现在两个方面，一方面 是滤波频率上能够包括天线接收的频带，对于GNSS扼流圈天线而言，需要在低频1193~ 1290MHz和高频1559~1616MHz两个频段范围内都有一定幅度的衰减；另一方面是空间上， 在天线相对于地平面方向的一定仰角W下有抑制作用，对于GNSS扼流圈天线而言，需要保 证20° W上的信号少受抑制，同时保证0°及W下角度的信号受到最大程度的衰减。
[0003] 传统的扼流圈主要有肝L(Jet Propulsion LaboratoiT)扼流圈、Trimble扼流圈、 As te ch扼流圈、Javad双频双深度扼流圈。他们共同特征是由3~5个同屯、圆环构成的环形金 属槽结构，槽深大约为中屯、波长的0.25倍。传统扼流圈采用金属制作，直径大约200~ 400mm，高度大约40~60mm，重量达几公斤;传统扼流圈具有尺寸大、加工困难、成本高、信号 衰减小等局限性，难W大规模应用;为了控制体积在多径抑制性能上也有所控制，肝L扼流 圈在L2波段上改善大约10DB，而在L1波段改善不多;Javad扼流圈在U和L2两个波段上多径 抑制均改善了 10DB。 【实用新型内容】
[0004] 本实用新型的目的在于针对上述现有GNSS扼流圈天线的问题，设计了通过在天线 底部设置光子带隙扼流圈，有效抑制低仰角表面波在径向上的传播，减少天线后瓣，提高天 线效率，降低天线的多径干扰;应用于GNSS天线，在1559~1616MHz和1193~1290MHz频段的 改善多径抑制，达到性能更加理想的扼流效果，提高天线在复杂多径干扰环境中的抗干扰 能力，提高导航精度;实现扼流结构的低剖面、轻质化、小型化，简化生产工艺、降低加工成 本。
[0005] 本实用新型设计的一种GNSS天线的双频光子带隙扼流圈，采用一种实用化的谐振 型微波光子晶体(Resonance-Type Microwave Photonic Crys1:als:RT-MPC)结构实现设计 目标，利用金属与高介电介质材料，通过设计特殊的单元结构和周期性排布，构造出基于谐 振机理的微波光子晶体结构。单元结构的电磁特性可W等效为并联LC电路，单元之间的电 磁特性可W等效为串联电容禪合电路。利用谐振状态下电抗无穷大的特性，来阻止谐振频 率附近的电磁波的传播，形成光子带隙扼流圈;采用分布电感结构，在不改变贴片大小和单 元之间缝隙的情况下，改变谐振频率实现单元结构微型化和频率特性微调；同一个双频扼 流天线中采用两种不同的分布电感结构，构造出具有双频扼流性能的GNSS天线扼流圈，不 同光子晶体单元的体积完全相同，避免了传统光子晶体因不同单元体积不同造成的布局困 难，易于实现产品小型化和更加的扼流效果；同时便于工艺参数调整，易于简化生产工艺。
[0006] -种GNSS天线双频光子带隙扼流圈，结构上包括:底部为金属层、中间为高介电常 数介质层、顶部为贴片层。对于二层结构的光子晶体单元，介质上表面是周期性排布的金属 贴片，贴片中央位置有金属探针与底层金属相连;底层金属为完整的平面金属板;所述贴片 层为若干个贴片单元整齐排布组成，且相邻贴片单元之间设有缝隙，所述的高介电常数介 质层中设有连接贴片层和金属层的金属探针。所述天线底座上设有射频连接器，射频连接 器与天线馈电网及有源放大电路之间设有射频馈线连接。
[0007] 进一步的，所述的双频光子带隙扼流圈下表面与GNSS无源天线下表面平齐。
[000引作为优选，所述缝隙的大小为0.2~10mm。
[0009] 作为优选，所述的高介电常数介质层的介电常数为20~100,且高介电常数介质层 的厚度为真空波长的五十分之一。
[0010] 作为优选，贴片单元的形状采用正六边形，也可W为正方形、圆形、矩形等不同形 状。
[0011] 更进一步的，所述的贴片单元，其外切圆直径大小为真空波长的十分之一到二十 分之一。
[0012] 所述的GNSS天线的双频光子带隙扼流圈主要对1193~1290M化和1559~1616MHz 两个频段进行衰减。
[0013] 为了简单、直观的分析本实用新型中的电磁特性，给出等效LC谐振模型。本实用 新型的双频光子带隙扼流圈单元尺寸远小于工作波长，适宜采用等效的集总参数来描述电 磁结构。等效为IX谐振电路。谐振电路的阻抗为：
[0016] 谐振频率为；
[0017] 实用化的光子带隙单元，在贴片中央位置与金属探针相连的位置，添加了分布电 感，或者在金属探针与下层金属的相连位置，添加了分布电感。在等效LC谐振模型中，在L两 端添加了串联电感，分布电感越大，谐振频率越低，在不改变贴片大小和单元之间缝隙的情 况下，改变谐振频率。
[0018] 进一步，可将本实用新型中的光子带隙单元构造成Ξ层结构或多层结构。
[0019] 进一步，可将本实用新型中的光子带隙扼流圈设计为3D结构。
[0020] 更进一步，且贴片单元上设有螺旋形状的分布电感螺旋线。
[0021] 在【实用新型内容】中作为示例公布了一种实现方式，在具体实施过程中只要遵照一 定的共同点，按照本实用新型的设计思路，按照不同的应用要求，可将天线设计用于GPS、 化0NASS、Galileo和北斗卫星导航的任一系统扼流天线，经过稍加改变，可W实现单频或多 频的多径抑制功能；同样也适合于需要扼流效果的其他类型天线或微波设备。
[0022] 本实用新型的有益效果在于：
[0023] (1)实现双频扼流圈的实用光子带隙结构，对多径干扰进行选择性衰减，提高抗多 径干扰能力。
[0024] (2)通过改变分布电感实现双频扼流，不同种谐振单元的外观尺寸相同，方便不同 种谐振单元的组合，避免了传统光子晶体因为不同频率单元尺寸不同带来的组合困难。
[0025] (3)采用分布电感降低谐振频率，实现光子晶体结构小型化，便于扼流天线小型 化。
[0026] (4)实现扼流结构的低剖面、轻质化;简化生产工艺、降低加工成本。
【附图说明】
[0027] 图1为双频光子带隙扼流圈GNSS天线的结构示意图。
[00%]图2为双频光子带隙扼流圈的俯视图。
[0029] 图3为双频光子带隙两个相邻单元的剖面图。
[0030] 图4为双频光子带隙两个相邻不同单元贴片的俯视图。
[0031] 图5为双频光子带隙两个相邻不同单元等效IX谐振模型。
【具体实施方式】
[0032] 下面通过实施例结合附图对本实用新型作进一步的描述。下面结合附图和实施例 进行详细说明。
[0033] 如图1至5所示，本实用新型的实施例为一种GNSS天线的双频光子带隙扼流圈，应 用于GNSS天线中，GNSS微带低频天线2和GNSS微带高频天线3叠放，安装在天线的中央位置， 双频光子带隙扼流圈1围绕在四周，双频光子带隙扼流圈1下表面与GNSS微带低频天线2下 表面平齐，共同安装在射频PCB4上，射频PCB4背部有天线馈电网络和有源放大电路6。其他 附属的结构有天线罩5、射频馈线7、射频连接器8等。
[0034] 双频光子带隙扼流圈1包括由下而上的金属层11、高介电常数介质层12、贴片层 13,所述贴片层13为若干个贴片单元14整齐排布组成，且相邻贴片单元14之间设有缝隙10， 所述的高介电常数介质层12中设有连接贴片层13和金属层11的金属探针15。所述的贴片单 元14为正六边形，其外切圆直径大小为真空波长的十五分之一，且贴片单元14上设有螺旋 形状的分布电感螺旋线9,改变分布电感螺旋线9的长度，就可实现分布电感的调节，图4中 所示双频光子带隙两个相邻不同贴片单元的电感不同，实现双频光子带隙。如图5所示，双 频光子带隙两个相邻不同单元等效LC谐振模型，模型中集总参数电容C等效由贴片之间的 缝隙10形成的分布电容，集总参数电感L1、L3等效由螺旋线形成的分布电感，集总参数电感 L2、L4等效由探针形成的分布电感；当相邻的贴片相同时，L1 = L3，L2 = L4;当相邻的贴片不 同时，L1、L3可能不等;形成不同谐振频率的回路，对不同频率的进行扼流。
[0035] 所述缝隙10的大小为2mm。所述的高介电常数介质层12的介电常数为50,且高介电 常数介质层12的厚度为真空波长的五十分之一。
[0036] 所述的该种GNSS双频扼流天线主要对1193~1290MHz和1559~1616MHz两个频段 进行衰减。
[0037] W上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和优点，仅是本实用新型在 设计GNSS天线实施的较佳示例而已，并非对技术范围做任何限制，本行业的技术人员应该 了解，在不脱离本实用新型的创意精神和范围的前提下，还会有各种变化和改进，凡是依 据本实用新型的技术实质对W上示例所做的任何细微修改、等同变化与修饰，均仍属于本 实用新型的技术方案范围。
【主权项】
1. 一种GNSS天线的双频光子带隙扼流圈，采用一种实用化的谐振型微波光子晶体结构 实现设计目标，其特征在于:通过在天线底部设置双频光子带隙结构，有效抑制低仰角表面 波在径向上的传播，采用分布电感结构，在不改变贴片大小和单元之间缝隙的情况下，改变 谐振频率实现单元结构微型化和频率特性微调；同一个双频扼流天线中采用两种不同的分 布电感结构，构造出具有双频扼流性能的GNSS天线扼流圈；结构上包括:底部为金属层、中 间为高介电常数介质层、顶部为贴片层，对于二层结构的光子晶体单元，介质上表面是周期 性排布的金属贴片，贴片中央位置有金属探针与底层金属相连;底层金属为完整的平面金 属板;所述贴片层为若干个贴片单元(14)整齐排布组成，且相邻贴片单元之间设有缝隙，所 述的高介电常数介质层中设有连接贴片层和金属层的金属探针。2. 根据权利要求1所述的一种GNSS天线的双频光子带隙扼流圈，其特征在于:所述的双 频光子带隙扼流圈（1)下表面与GNSS微带天线（2)下表面平齐，也可以低于GNSS天线下表 面。3. 根据权利要求1所述的一种GNSS天线的双频光子带隙扼流圈，其特征在于:所述的贴 片单元(14)为正六边形，也可以为正方形、圆形、矩形。4. 根据权利要求1所述的一种GNSS天线的双频光子带隙扼流圈，其特征在于:所述的贴 片单元(14)上设有螺旋形状的分布电感螺旋线(9)。5. 根据权利要求1所述的一种GNSS天线的双频光子带隙扼流圈，其特征在于:所述的高 介电常数介质层的相对介电常数为20~100。6. 根据权利要求1所述的一种GNSS天线的双频光子带隙扼流圈，其特征在于:所述的天 线主要对1193~1290MHz和1559~1616MHz两个频段进行衰减。
【文档编号】H01Q15/00GK205692963SQ201620500385
【公开日】2016年11月16日
【申请日】2016年5月27日 公开号201620500385.2, CN 201620500385, CN 205692963 U, CN 205692963U, CN-U-205692963, CN201620500385, CN201620500385.2, CN205692963 U, CN205692963U
【发明人】徐广成
【申请人】嘉善金昌电子有限公司