一种双极化多系统兼容型天线技术方案

本实用新型专利技术公开一种双极化多系统兼容型天线，包括上层圆形电容加载金属贴片、单极子金属柱、上层介质基板、第一短路针和第二短路针、环形金属贴片、中间层第一介质基板、L型探针、中间层第二介质基板、金属地板、底层介质基板和底层Wilkinson功分器；Wilkinson功分器连接两个相互正交的L型探针对环形金属贴片进行耦合馈电，环形金属贴片的外边缘为圆形内边缘为椭圆形，调节椭圆长短轴之比，可以调节天线的轴比性能；上层圆形电容加载金属贴片、单极子金属柱、第一短路针和第二短路针电感加载组成一个电容电感加载的单极子的天线，有效减小了天线的尺寸。该天线具有尺寸小、轴比带宽与阻抗带宽大、结构紧凑等特点。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及多系统兼容型接收天线，特别涉及可用于卫星导航和无线通信的双极化多系统兼容型接收天线。
技术介绍
随着无线通信的发展，第三代移动通信3G以其高速数据传输和宽带多媒体服务的特点受到人们的青睐，它正逐步取代第二代移动通信成为当今世界的主流。卫星导航产业是国家战略性高技术产业，是典型的技术密集型与服务型IT产业，其发展前景十分广阔，预计在今后五到十年内将形成GPS、GLONASS, GALILEO和北斗卫星导航系统融合的全球性导航卫星系统的集合。随着无线通信系统和各导航系统的发展，多系统并存、多模融合步伐将进一步加快，因此，开发同时兼容上述无线通信系统和卫星导航系统的应用技术，实现多模融合，是通信产业发展的必然趋势。但是，目前设计多系统兼容型天线存在以下几方面的技术难点1、轴比/阻抗带宽的技术圆极化天线的轴比/阻抗带宽是天线的一个重要的性能指标，传统的单馈微带天线利用微扰产生圆极化波的方法无法达到较宽的轴比/阻抗带宽，所以不能满足多系统兼容的需求。2、小型化技术小型化技术是多系统兼容型天线设计中的一大难题。不管从电性能方面来说，还是从机械尺寸方面来说，小型化技术都是不可或缺的。3、天线增益增强技术北斗、GPS及GL0NASS等卫星导航定位系统要求天线不仅具有很宽的波束范围， 还要求天线具有较高的增益。为了达到这种要求，首先要改善端口的阻抗匹配，保证射频信号能够馈入各个天线单元中，减少反射回去的信号能量。在保证端口良好匹配的基础上还要提高天线的辐射效率，使馈入天线的信号能充分的发射出去，减少天线单元中的能量损失，包括介质损耗，金属损耗等。4、双极化技术随着无线通信的发展，将移动通信中的线极化天线和卫星导航系统中的圆极化天线相结合成为一种趋势。现有技术多为圆极化与圆极化天线的结合，线极化与圆极化天线的结合为之甚少。5、双端口隔离度技术双端口天线的端口隔离度是一个重要指标，如何提高两端口之间的隔离度是天线设计中的难点
技术实现思路
本技术的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种能够兼容多个卫星导航与定位系统和无线通信系统的双极化多系统兼容型天线，且实现良好的阻抗带宽、轴比带宽、 增益和小体积等性能。本技术通过功分器和L型探针对环形金属贴片金属正交耦合馈电，实现了圆极化天线性能，其天线的阻抗带宽、轴比带宽和增益带宽都涵盖了北斗Bi、GPS Li、北斗 B1-2和GLONASS Ll等三个全球卫星定位系统的四个频段；通过电容电感加载的单极子天线实现了线极化天线性能，使得TD-SCDMA的B频段O010MHz-2025MHz)内具有较好的阻抗带宽和增益；此外还具有小型化，结构紧凑等特点。本技术的目的通过如下技术方案实现一种双极化多系统兼容型天线，包括上层圆形电容加载金属贴片、单极子金属柱、 上层介质基板、第一短路针、第二短路针、环形金属贴片、中间层第一介质基板、第一 L型探针、第二 L型探针、中间层第二介质基板、金属地板、底层介质基板和底层Wilkinson功分器；上层圆形电容加载金属贴片附着在上层介质基板的上表面，环形金属贴片附着在中间层第一介质基板的上表面；第一 L型探针的长方形金属贴片附着在中间层第二介质基板的上表面，金属地板和底层Wilkinson功分器分别附着在底层介质基板的上表面和下表面； 上层介质基板、中间层第一介质基板、中间层第二介质基板和底层介质基板从上到下依次粘接在一起；单极子金属上端连接上层圆形电容加载金属贴片，下端穿过所有介质基板以及金属地板上的圆形挖孔之后与馈电端口连接；第一短路针和第二短路针上端与上层圆形电容加载金属贴片相连，下端与金属地板相连。上述的一种双极化多系统兼容型天线中，第一 L型探针由长方形金属贴片组成L 型的长边，短金属柱组成L型的短边，第二 L型探针与第一 L型探针结构相同。上述的一种双极化多系统兼容型天线中，单极子金属柱、第一短路针、第二短路针以及第二 L型探针的轴线在同一平面内，该平面将介质基板等分；第一 L型探针的轴线所在的平面与第二L型探针的轴线所在的平面正交，且交线为单极子金属柱的轴线；第一L型探针的短金属柱的上端与L型探针的长方形金属贴片相连，下端穿过金属地板上的圆形挖孔与Wilkinson功分器的第一低阻抗线的末端相连，第二 L型探针与Wilkinson功分器的第二低阻抗线的末端相连。上述的一种双极化多系统兼容型天线中，所述的环形金属贴片外边缘为圆形，内边缘为椭圆形。上述的一种双极化多系统兼容型天线中，所述的底层Wilkinson功分器包括第一低阻抗线、第二低阻抗线、第三低阻抗线、高阻线以及贴片电阻，第三低阻抗线与高阻线的中部相连，高阻线的另外两段分别与第一低阻抗线和第二低阻抗线的一端相连，第一低阻抗线的另一端连接第一 L型探针，第二低阻抗线的另一端连接第二 L型探针。第二低阻抗线的电长度比第一低阻抗线的电长度大四分之一波长。高阻线的特征阻抗为第一低阻抗线、 第二低阻抗线以及第三低阻抗线的特征阻抗为^的W倍、贴片电阻的阻抗为特征阻抗^ 的2倍。上述的一种双极化多系统兼容型天线中，所述的上层圆形电容加载金属贴片与单极子金属、第一第二短路针组成了电容电感加载的单极子天线，单极子金属、第一第二短路针的轴线在同一平面内。上述的一种双极化多系统兼容型天线中，所述的金属地板上有三个金属挖孔，分别供单极子金属和两个相互正交的L型探针的金属柱穿过。上述的一种双极化多系统兼容型天线中，所述的第一 L型探针与第二 L型探针相互正交，接收幅度相同、相位相差90°的信号对环形金属贴片金属耦合馈电。上述的一种双极化多系统兼容型天线中，所述的中层第一介质基板、中间层第二介质基板和底层介质基板具有相同的介电常数，上层介质基板的介电常数比中层第一介质基板介电常数要低。与现有技术相比，本技术具有如下优点和技术效果(1)所述天线利用功分器、L型探针对环形金属贴片耦合馈电的结构，拓展轴比带宽和阻抗带宽。(2)所述天线的环形金属贴片外边缘为圆形，内边缘为椭圆形，改变椭圆的长轴与短轴之比可以调节天线的轴比性能，增加了轴比调节的自由度。(3)单极子金属连接上层电容加载金属贴片，并经过两个短路针连接到地面，增加了电容电感耦合，从而形成电容电感加载的单极子天线，有效地减小了单极子天线的尺寸。(3)天线采用功分器与天线共用地板，有效减小天线的厚度，使结构更紧凑。(4)所述天线可以同时工作在中国北斗二代系统的Bl频段(1561. 098MHz)、Bl_2 频段(1589. 742MHz)，美国的GPS系统Ll频段(1575. 42MHz)，欧洲GL0NASS的Ll频段 (1602. 56-1615. 50MHz)和 TD-SCDMA 的 B 频段(2010MHz-2025MHz)。附图说明图1为一种双极化多系统兼容型天线结构示意图。图2为一种双极化多系统兼容型天线结构俯视图。图3为上层圆形电容加载金属贴片的示意图。图4为环形金属贴片示意图。图5为金属地板示意图。图6为底层Wilkinson功分器示意图。图7为圆极化频段的回波损耗和两端口间隔离度示意图图8为圆极化频段的轴比示意图。图9为圆极化频段的增益随频率变化的曲线。图10为线极化频段的回波损耗和两端口之间隔离度。图11本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：胡斌杰，魏晓东，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：实用新型
国别省市：