專利名稱：一種雙極化多系統(tǒng)兼容型天線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及多系統(tǒng)兼容型接收天線，特別涉及可用于衛(wèi)星導(dǎo)航和無線通信的雙極化多系統(tǒng)兼容型接收天線。
背景技術(shù)：
隨著無線通信的發(fā)展，第三代移動通信3G以其高速數(shù)據(jù)傳輸和寬帶多媒體服務(wù)的特點受到人們的青睞，它正逐步取代第二代移動通信成為當(dāng)今世界的主流。衛(wèi)星導(dǎo)航產(chǎn)業(yè)是國家戰(zhàn)略性高技術(shù)產(chǎn)業(yè)，是典型的技術(shù)密集型與服務(wù)型IT產(chǎn)業(yè)，其發(fā)展前景十分廣闊，預(yù)計在今后五到十年內(nèi)將形成GPS、GLONASS, GALILEO和北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)融合的全球性導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)的集合。隨著無線通信系統(tǒng)和各導(dǎo)航系統(tǒng)的發(fā)展，多系統(tǒng)并存、多模融合步伐將進(jìn)一步加快，因此，開發(fā)同時兼容上述無線通信系統(tǒng)和衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的應(yīng)用技術(shù)，實現(xiàn)多模融合，是通信產(chǎn)業(yè)發(fā)展的必然趨勢。但是，目前設(shè)計多系統(tǒng)兼容型天線存在以下幾方面的技術(shù)難點1、軸比/阻抗帶寬的技術(shù)圓極化天線的軸比/阻抗帶寬是天線的一個重要的性能指標(biāo)，傳統(tǒng)的單饋微帶天線利用微擾產(chǎn)生圓極化波的方法無法達(dá)到較寬的軸比/阻抗帶寬，所以不能滿足多系統(tǒng)兼容的需求。2、小型化技術(shù)小型化技術(shù)是多系統(tǒng)兼容型天線設(shè)計中的一大難題。不管從電性能方面來說，還是從機(jī)械尺寸方面來說，小型化技術(shù)都是不可或缺的。3、天線增益增強(qiáng)技術(shù)北斗、GPS及GL0NASS等衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)要求天線不僅具有很寬的波束范圍， 還要求天線具有較高的增益。為了達(dá)到這種要求，首先要改善端口的阻抗匹配，保證射頻信號能夠饋入各個天線單元中，減少反射回去的信號能量。在保證端口良好匹配的基礎(chǔ)上還要提高天線的輻射效率，使饋入天線的信號能充分的發(fā)射出去，減少天線單元中的能量損失，包括介質(zhì)損耗，金屬損耗等。4、雙極化技術(shù)隨著無線通信的發(fā)展，將移動通信中的線極化天線和衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)中的圓極化天線相結(jié)合成為一種趨勢。現(xiàn)有技術(shù)多為圓極化與圓極化天線的結(jié)合，線極化與圓極化天線的結(jié)合為之甚少。5、雙端口隔離度技術(shù)雙端口天線的端口隔離度是一個重要指標(biāo)，如何提高兩端口之間的隔離度是天線設(shè)計中的難點
實用新型內(nèi)容
[0015]本實用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點，提供一種能夠兼容多個衛(wèi)星導(dǎo)航與定位系統(tǒng)和無線通信系統(tǒng)的雙極化多系統(tǒng)兼容型天線，且實現(xiàn)良好的阻抗帶寬、軸比帶寬、 增益和小體積等性能。本實用新型通過功分器和L型探針對環(huán)形金屬貼片金屬正交耦合饋電，實現(xiàn)了圓極化天線性能，其天線的阻抗帶寬、軸比帶寬和增益帶寬都涵蓋了北斗Bi、GPS Li、北斗 B1-2和GLONASS Ll等三個全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)的四個頻段；通過電容電感加載的單極子天線實現(xiàn)了線極化天線性能，使得TD-SCDMA的B頻段O010MHz-2025MHz)內(nèi)具有較好的阻抗帶寬和增益；此外還具有小型化，結(jié)構(gòu)緊湊等特點。本實用新型的目的通過如下技術(shù)方案實現(xiàn)一種雙極化多系統(tǒng)兼容型天線，包括上層圓形電容加載金屬貼片、單極子金屬柱、 上層介質(zhì)基板、第一短路針、第二短路針、環(huán)形金屬貼片、中間層第一介質(zhì)基板、第一 L型探針、第二 L型探針、中間層第二介質(zhì)基板、金屬地板、底層介質(zhì)基板和底層Wilkinson功分器；上層圓形電容加載金屬貼片附著在上層介質(zhì)基板的上表面，環(huán)形金屬貼片附著在中間層第一介質(zhì)基板的上表面；第一 L型探針的長方形金屬貼片附著在中間層第二介質(zhì)基板的上表面，金屬地板和底層Wilkinson功分器分別附著在底層介質(zhì)基板的上表面和下表面； 上層介質(zhì)基板、中間層第一介質(zhì)基板、中間層第二介質(zhì)基板和底層介質(zhì)基板從上到下依次粘接在一起；單極子金屬上端連接上層圓形電容加載金屬貼片，下端穿過所有介質(zhì)基板以及金屬地板上的圓形挖孔之后與饋電端口連接；第一短路針和第二短路針上端與上層圓形電容加載金屬貼片相連，下端與金屬地板相連。上述的一種雙極化多系統(tǒng)兼容型天線中，第一 L型探針由長方形金屬貼片組成L 型的長邊，短金屬柱組成L型的短邊，第二 L型探針與第一 L型探針結(jié)構(gòu)相同。上述的一種雙極化多系統(tǒng)兼容型天線中，單極子金屬柱、第一短路針、第二短路針以及第二 L型探針的軸線在同一平面內(nèi)，該平面將介質(zhì)基板等分；第一 L型探針的軸線所在的平面與第二L型探針的軸線所在的平面正交，且交線為單極子金屬柱的軸線；第一L型探針的短金屬柱的上端與L型探針的長方形金屬貼片相連，下端穿過金屬地板上的圓形挖孔與Wilkinson功分器的第一低阻抗線的末端相連，第二 L型探針與Wilkinson功分器的第二低阻抗線的末端相連。上述的一種雙極化多系統(tǒng)兼容型天線中，所述的環(huán)形金屬貼片外邊緣為圓形，內(nèi)邊緣為橢圓形。上述的一種雙極化多系統(tǒng)兼容型天線中，所述的底層Wilkinson功分器包括第一低阻抗線、第二低阻抗線、第三低阻抗線、高阻線以及貼片電阻，第三低阻抗線與高阻線的中部相連，高阻線的另外兩段分別與第一低阻抗線和第二低阻抗線的一端相連，第一低阻抗線的另一端連接第一 L型探針，第二低阻抗線的另一端連接第二 L型探針。第二低阻抗線的電長度比第一低阻抗線的電長度大四分之一波長。高阻線的特征阻抗為第一低阻抗線、 第二低阻抗線以及第三低阻抗線的特征阻抗為^的W倍、貼片電阻的阻抗為特征阻抗^ 的2倍。上述的一種雙極化多系統(tǒng)兼容型天線中，所述的上層圓形電容加載金屬貼片與單極子金屬、第一第二短路針組成了電容電感加載的單極子天線，單極子金屬、第一第二短路針的軸線在同一平面內(nèi)。[0024]上述的一種雙極化多系統(tǒng)兼容型天線中，所述的金屬地板上有三個金屬挖孔，分別供單極子金屬和兩個相互正交的L型探針的金屬柱穿過。上述的一種雙極化多系統(tǒng)兼容型天線中，所述的第一 L型探針與第二 L型探針相互正交，接收幅度相同、相位相差90°的信號對環(huán)形金屬貼片金屬耦合饋電。上述的一種雙極化多系統(tǒng)兼容型天線中，所述的中層第一介質(zhì)基板、中間層第二介質(zhì)基板和底層介質(zhì)基板具有相同的介電常數(shù)，上層介質(zhì)基板的介電常數(shù)比中層第一介質(zhì)基板介電常數(shù)要低。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型具有如下優(yōu)點和技術(shù)效果(1)所述天線利用功分器、L型探針對環(huán)形金屬貼片耦合饋電的結(jié)構(gòu)，拓展軸比帶寬和阻抗帶寬。(2)所述天線的環(huán)形金屬貼片外邊緣為圓形，內(nèi)邊緣為橢圓形，改變橢圓的長軸與短軸之比可以調(diào)節(jié)天線的軸比性能，增加了軸比調(diào)節(jié)的自由度。(3)單極子金屬連接上層電容加載金屬貼片，并經(jīng)過兩個短路針連接到地面，增加了電容電感耦合，從而形成電容電感加載的單極子天線，有效地減小了單極子天線的尺寸。(3)天線采用功分器與天線共用地板，有效減小天線的厚度，使結(jié)構(gòu)更緊湊。(4)所述天線可以同時工作在中國北斗二代系統(tǒng)的Bl頻段(1561. 098MHz)、Bl_2 頻段(1589. 742MHz)，美國的GPS系統(tǒng)Ll頻段(1575. 42MHz)，歐洲GL0NASS的Ll頻段 (1602. 56-1615. 50MHz)和 TD-SCDMA 的 B 頻段(2010MHz-2025MHz)。

[0033]圖1為一種雙極化多系統(tǒng)兼容型天線結(jié)構(gòu)示意圖。[0034]圖2為一種雙極化多系統(tǒng)兼容型天線結(jié)構(gòu)俯視圖。[0035]圖3為上層圓形電容加載金屬貼片的示意圖。[0036]圖4為環(huán)形金屬貼片示意圖。[0037]圖5為金屬地板示意圖。[0038]圖6為底層Wilkinson功分器示意圖。[0039]圖7為圓極化頻段的回波損耗和兩端口間隔離度示意圖[0040]圖8為圓極化頻段的軸比示意圖。[0041]圖9為圓極化頻段的增益隨頻率變化的曲線。[0042]圖10為線極化頻段的回波損耗和兩端口之間隔離度。[0043]圖11為線極化頻段的增益隨頻率變化的曲線。[0044]圖12a為天線在頻率為2.01GHz的E面方向圖。[0045]圖12b為天線在頻率為2.01GHz的H面方向圖。[0046]圖12c為天線在頻率為2.015GHz的E面方向圖。[0047]圖12d為天線在頻率為2.015GHz的H面方向圖。[0048]圖12e為天線在頻率為2. 025GHz的E面方向圖。[0049]圖12f為天線在頻率為2. 025GHz的H面方向圖。
具體實施方式
[0050]
以下結(jié)合附圖對本實用新型的實施做詳細(xì)說明，但本實用新型要求的保護(hù)范圍不限于下述的實施方式。如圖l、2a、2b所示，一種雙極化多系統(tǒng)兼容型天線，其包括上層圓形電容加載金屬貼片2、單極子金屬柱1、上層介質(zhì)基板16、第一短路針3、第二短路針4、環(huán)形金屬貼片5、 中間層第一介質(zhì)基板17、第一 L型探針6、第二 L型探針7、中間層第二介質(zhì)基板18、金屬地板15、底層介質(zhì)基板19和底層Wilkinson功分器；上層圓形電容加載金屬貼片2附著在上層介質(zhì)基板16的上表面，環(huán)形金屬貼片5在附著在中間層第一介質(zhì)基板17的上表面；第一 L型探針6的長方形金屬貼片6a附著在中間層第二介質(zhì)基板18的上表面，金屬地板15和底層Wilkinson功分器分別附著在底層介質(zhì)基板19的上表面和下表面；上層介質(zhì)基板16、 中間層第一介質(zhì)基板17、中間層第二介質(zhì)基板18和底層介質(zhì)基板19從上到下依次粘結(jié)在一起；單極子金屬1上端連接上層圓形電容加載金屬貼片2，下端穿過所有介質(zhì)基板以及金屬地板15上的圓形挖孔9 (如圖幻之后與饋電端口連接；第一短路針3和第二短路針4上端與上層圓形電容加載金屬貼片2相連，下端與金屬地板15相連；第一 L型探針6由長方形金屬貼片6a組成L型的長邊，短金屬柱6b組成L型的短邊，第二 L型探針7與第一 L型探針6結(jié)構(gòu)相同；單極子金屬柱1、第一短路針3、第二短路針4以及第二 L型探針7的軸線在同一平面內(nèi)，該平面將介質(zhì)基板等分；第一 L型探針的軸線所在的平面與第二 L型探針7的軸線所在的平面正交，且交線為單極子金屬柱1的軸線；第一 L型探針6的短金屬柱6b的上端與L型探針的長方形金屬貼片6a相連，下端穿過金屬地板上的圓形挖孔8與 Wilkinson功分器的第一低阻抗線10的末端相連，第二 L型探針7與Wilkinson功分器的第二低阻抗線11的末端相連。環(huán)形金屬貼片5如圖4所示，其外邊緣為圓形內(nèi)邊緣為橢圓形，圓心和橢圓中心均位于天線的幾何中心軸線上，圓形結(jié)構(gòu)的半徑R和橢圓結(jié)構(gòu)的長軸a的大小共同影響圓極化天線的諧振頻率，改變橢圓長軸a和短軸b之比可以調(diào)節(jié)天線的軸比性能。如圖6，底層Wilkinson功分器由第一低阻抗線10、第二低阻抗線11、第三低阻抗線14、高阻線12以及貼片電阻13組成。第三低阻抗線14與高阻線12的中部相連，高阻線 12的另外兩段分別與第一低阻抗線10和第二低阻抗線11的一端相連，第一低阻抗線10 的另一端連接第一 L型探針6，第二低阻抗線11的另一端連接第二 L型探針7。第二低阻抗線11的電長度比第一低阻抗線10的電長度大四分之一波長，這樣可以產(chǎn)生幅度相同、相位相差90°的信號，經(jīng)過兩個相互正交的L型探針對環(huán)形金屬貼片5進(jìn)行饋電，從而形成圓極化天線。高阻線12的特征阻抗為第一低阻抗線10、第二低阻抗線11以及第三低阻抗線 14的特征阻抗為、的為^倍、貼片電阻13的阻抗為特征阻抗、的2倍。這樣就可使得 Wilkinson功分器的輸入端和輸出端接入與低阻抗微帶線特征阻抗、相等的負(fù)載時完全匹配。如圖3所示，上層圓形電容加載金屬貼片2、單極子金屬柱1、第一短路針3和第二短路針4電感加載組成一個電容電感加載的單極子天線，上層電容加載金屬貼片2增加了電容耦合，第一短路針3和第二短路針4連接上層電容加載金屬貼片2與金屬地板15增加了電感耦合，從而有效減小了天線的尺寸。兩個短路針的直徑要大于單極子金屬1的直徑， 調(diào)節(jié)兩個短路針的直徑大小可以調(diào)節(jié)電容電感加載單極子天線的阻抗帶寬。底層Wilkinson功分器與天線共用金屬地板15，有效地減少天線體積，使結(jié)構(gòu)更加緊湊。中層第一介質(zhì)基板17、中間層第二介質(zhì)基板18和底層介質(zhì)基板19的介電常數(shù)相同，上層介質(zhì)基板16的介電常數(shù)比中層第一介質(zhì)基板17介電常數(shù)要低。上層介質(zhì)基板16 采用較低介電常數(shù)，可以改善天線的隔離度性能。以上實施方式實施后得到的結(jié)果如圖7、圖8、圖9、圖10、圖11和圖12所示。從圖 7可以看出在北斗Bi，Bl-2，GPS Li，GLONASS Ll所在的1. 55 1. 615GHz頻段內(nèi)，回波損耗Sll <-15dB，隔離度S21 <-30dB，從圖8中可以看到，在上述頻帶內(nèi)軸比AR < 2dB，從圖9中可以看到在1. 55 1. 615GHz頻帶內(nèi)，增益feiin > 2dB,增益的最大值在1. 58GHz為 5dB。從圖10可以看出頻率在2 2. 035GHz時回波損耗小于-10dB，在2. 01 2. 025GHz 頻段內(nèi)回波損耗小于-15dB，隔離度始終小于-15dB。從圖12a 圖12f可以看出天線在 TD-SCDMA的頻段內(nèi)實現(xiàn)了很好的線極化。這說明天線的阻抗帶寬、軸比帶寬和增益帶寬覆蓋了北斗B1/B1-2，GPS Ll和GLONASS Ll等頻段，實現(xiàn)了圓極化和線極化天線的結(jié)合，并使得天線在上述頻段內(nèi)具有良好的性能。
權(quán)利要求1.多系統(tǒng)兼容型天線，其特征在于包括上層圓形電容加載金屬貼片、單極子金屬柱、 上層介質(zhì)基板、第一短路針、第二短路針、環(huán)形金屬貼片、中間層第一介質(zhì)基板、第一 L型探針、第二 L型探針、中間層第二介質(zhì)基板、金屬地板、底層介質(zhì)基板和底層Wilkinson功分器；上層圓形電容加載金屬貼片附著在上層介質(zhì)基板的上表面，環(huán)形金屬貼片附著在中間層第一介質(zhì)基板的上表面；第一 L型探針的長方形金屬貼片附著在中間層第二介質(zhì)基板的上表面，金屬地板和底層Wilkinson功分器分別附著在底層介質(zhì)基板的上表面和下表面； 上層介質(zhì)基板、中間層第一介質(zhì)基板、中間層第二介質(zhì)基板和底層介質(zhì)基板從上到下依次粘接在一起；單極子金屬上端連接上層圓形電容加載金屬貼片，下端穿過所有介質(zhì)基板以及金屬地板上的圓形挖孔之后與饋電端口連接；第一短路針和第二短路針上端與上層圓形電容加載金屬貼片相連，下端與金屬地板相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙極化多系統(tǒng)兼容型天線，其特征在于第一L型探針由長方形金屬貼片組成L型的長邊，短金屬柱組成L型的短邊，第二 L型探針與第一 L型探針結(jié)構(gòu)相同。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙極化多系統(tǒng)兼容型天線，其特征在于單極子金屬柱、 第一短路針、第二短路針以及第二 L型探針的軸線在同一平面內(nèi)，該平面將介質(zhì)基板等分； 第一 L型探針的軸線所在的平面與第二 L型探針的軸線所在的平面正交，且交線為單極子金屬柱的軸線；第一 L型探針的短金屬柱的上端與L型探針的長方形金屬貼片相連，下端穿過金屬地板上的圓形挖孔與Wilkinson功分器的第一低阻抗線的末端相連，第二 L型探針與Wilkinson功分器的第二低阻抗線的末端相連。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙極化多系統(tǒng)兼容型天線，其特征在于所述的環(huán)形金屬貼片外邊緣為圓形，內(nèi)邊緣為橢圓形。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙極化多系統(tǒng)兼容型天線，其特征在于所述的底層 Wilkinson功分器包括第一低阻抗線、第二低阻抗線、第三低阻抗線、高阻線以及貼片電阻， 第三低阻抗線與高阻線的中部相連，高阻線的另外兩段分別與第一低阻抗線和第二低阻抗線的一端相連，第一低阻抗線的另一端連接第一 L型探針，第二低阻抗線的另一端連接第二 L型探針；第二低阻抗線的電長度比第一低阻抗線的電長度大四分之一波長。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙極化多系統(tǒng)兼容型天線，其特征在于所述的上層圓形電容加載金屬貼片與單極子金屬、第一第二短路針組成了電容電感加載的單極子天線，單極子金屬、第一第二短路針的軸線在同一平面內(nèi)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙極化多系統(tǒng)兼容型天線，其特征在于所述的金屬地板上設(shè)有分別供單極子金屬和兩個相互正交的L型探針的金屬柱穿過的三個金屬挖孔。
8.根據(jù)權(quán)利要求廣7任一項所述的一種雙極化多系統(tǒng)兼容型天線，其特征在于所述的第一 L型探針與第二 L型探針相互正交。
專利摘要本實用新型公開一種雙極化多系統(tǒng)兼容型天線，包括上層圓形電容加載金屬貼片、單極子金屬柱、上層介質(zhì)基板、第一短路針和第二短路針、環(huán)形金屬貼片、中間層第一介質(zhì)基板、L型探針、中間層第二介質(zhì)基板、金屬地板、底層介質(zhì)基板和底層Wilkinson功分器；Wilkinson功分器連接兩個相互正交的L型探針對環(huán)形金屬貼片進(jìn)行耦合饋電，環(huán)形金屬貼片的外邊緣為圓形內(nèi)邊緣為橢圓形，調(diào)節(jié)橢圓長短軸之比，可以調(diào)節(jié)天線的軸比性能；上層圓形電容加載金屬貼片、單極子金屬柱、第一短路針和第二短路針電感加載組成一個電容電感加載的單極子的天線，有效減小了天線的尺寸。該天線具有尺寸小、軸比帶寬與阻抗帶寬大、結(jié)構(gòu)緊湊等特點。
文檔編號H01Q1/36GK202308284SQ201120324938
公開日2012年7月4日 申請日期2011年8月31日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月31日
發(fā)明者胡斌杰, 魏曉東 申請人:華南理工大學(xué)