三频宽波束圆极化微带天线

1.一种三频宽波束圆极化微带天线，其特征在于，包括：天线罩（1），在天线罩（1）内设有按照从下至上的顺序叠合的馈电网络层（12）、第一介质层（11）、第一金属层（10）、第二金属层（9）、第二介质层（8）、第三金属层（7）、第四金属层（6）、第三介质层（5）、第五金属层（4）、第四介质层（3）和第六金属层（2）；
在馈电网络层（12）、第一介质层（11）、第一金属层（10）、第二金属层（9）、第二介质层（8）、第三金属层（7）、第四金属层（6）、第三介质层（5）、第五金属层（4）、第四介质层（3）和第六金属层（2）的中心位置分别设有第1中心小孔（15-1）、第2中心小孔（15-2）、第3中心小孔（15-3）、第4中心小孔（15-4）、第5中心小孔（15-5）、第6中心小孔（15-6）、第7中心小孔（15-7）、第8中心小孔（15-8）、第9中心小孔（15-9）、第10中心小孔（15-10）、第11中心小孔（15-11），所述第1中心小孔（15-1）、第2中心小孔（15-2）、第3中心小孔（15-3）、第
4中心小孔（15-4）、第5中心小孔（15-5）、第6中心小孔（15-6）、第7中心小孔（15-7）、第8中心小孔（15-8）、第9中心小孔（15-9）、第10中心小孔（15-10）、第11中心小孔（15-11）为孔径相同的同心孔且由短路螺钉（15）穿过，实现天线整体的固定和高次模分量的抑制；
所述第三金属层（7）与第四金属层（6）连接，在第二介质层（8）内设有第一金属化过孔（13-3）和第二金属化过孔（16-3），所述第一金属化过孔（13-3）和第二金属化过孔（16-3）连接于第三金属层（7）；
在所述的馈电网络层（12）上设有威尔金森90°移相功分器（18）和四分支90°移相功分器（19）；
在第三金属层（7）与馈电网络层（12）之间设有第一馈电针（13）和第二馈电针（16），所述第一馈电针（13）的一端与第一金属化过孔（13-3）连接，第一馈电针（13）的另一端与威尔金森90°移相功分器（18）的一个输出端（13-6）连接，在第一馈电针（13）与第一金属层（10）、第二金属层（9）之间设有第1绝缘间隙（23）；所述第二馈电针（16）的一端与第二金属化过孔（16-3）连接，第二馈电针（16）的另一端与威尔金森90°移相功分器（18）的另一个输出端（16-6）连接，在第二馈电针（16）与第一金属层（10）、第二金属层（9）之间设有第
2绝缘间隙（23-1）；
在第六金属层（2）与馈电网络层（12）之间设有第三馈电针（14）和第四馈电针（17），所述第三馈电针（14）的一端与第六金属层（2）连接，第3馈电针（14）的另一端与四分支
90°移相功分器（19）的一个输出端（14-11）连接，在第三馈电针（14）与第一金属层（10）、第二金属层（9）、第三金属层（7）、第四金属层（6）和第五金属层（4）之间设有第三绝缘间隙（24）；所述第四馈电针（17）的一端与第六金属层（2）连接，第四馈电针（17）的另一端与四分支90°移相功分器（19）的另一个输出端（17-11）连接，在第四馈电针（17）与第一金属层（10）、第二金属层（9）、第三金属层（7）、第四金属层（6）和第五金属层（4）之间设有第4绝缘间隙（24-1）。

三频宽波束圆极化微带天线\n技术领域\n[0001] 本发明涉及一种适于卫星导航和通信的三频天线，具有波束宽、增益高、驻波小、结构紧凑等优良性能。主要用于卫星导航定位接收设备和卫星通信接收设备上，比如GPS接收机、GLONASS接收机、CAMPASS接收机等导航接收设备，或者海事通信卫星接收设备等。\n背景技术\n[0002] 目前，卫星导航定位、卫星通信已经在国际上获得了广泛使用和推广，比如美国的GPS系统，俄罗斯的GLONASS系统以及海事卫星通信系统等，此外中国CAMPASS系统、欧洲的GALILEO系统等正在建设之中，而这些系统中的地面接收机均需要天线，本发明中的天线可以用于上述各种系统的接收机。\n[0003] 无论卫星导航定位接收设备，还是卫星通信设备，一般卫星均是不断运动之中，因此接收机天线一般要求宽波束、圆极化工作状态。此外，这些系统均存在多个不同的工作频点，为了保证每个工作频点均有很好的性能，通常现有的天线只能工作在单个频点上、或者两个工作频点上，像工作在三个工作频点或者以上的天线则较少，尤其是高性能、结构紧凑的多频圆极化微带天线。而本发明则提供了非常好的技术，可以有效的解决这些问题。\n发明内容\n[0004] 本发明提供一种有助于减小工作频点偏差的三频宽波束圆极化微带天线。\n[0005] 本发明采用如下技术方案：\n[0006] 一种三频宽波束圆极化微带天线，包括：天线罩，在天线罩内设有按照从下至上的顺序叠合的馈电网络层、第一介质层、第一金属层、第二金属层、第二介质层、第三金属层、第四金属层、第三介质层、第五金属层、第四介质层和第六金属层；\n[0007] 在馈电网络层、第一介质层、第一金属层、第二金属层、第二介质层、第三金属层、第四金属层、第三介质层、第五金属层、第四介质层和第六金属层的中心位置分别设有第1中心小孔、第2中心小孔、第3中心小孔、第4中心小孔、第5中心小孔、第6中心小孔、第7中心小孔、第8中心小孔、第9中心小孔、第10中心小孔、第11中心小孔，所述第1中心小孔、第2中心小孔、第3中心小孔、第4中心小孔、第5中心小孔、第6中心小孔、第7中心小孔、第8中心小孔、第9中心小孔、第10中心小孔、第11中心小孔为孔径相同的同心孔且由短路螺钉穿过，实现天线整体的固定和高次模分量的抑制；\n[0008] 所述第三金属层与第四金属层连接，在第二介质层内设有第一金属化过孔和第二金属化过孔，所述第一金属化过孔和第二金属化过孔连接于第三金属层；\n[0009] 在所述的馈电网络层上设有威尔金森90°移相功分器和四分支90°移相功分器；\n[0010] 在第三金属层与馈电网络层之间设有第一馈电针和第二馈电针，所述第一馈电针的一端与第一金属化过孔连接，第一馈电针的另一端与威尔金森90°移相功分器的一个输出端连接，在第一馈电针与第一金属层、第二金属层之间设有第1绝缘间隙；所述第二馈电针的一端与第二金属化过孔连接，第二馈电针的另一端与威尔金森90°移相功分器的另一个输出端连接第二馈电针，在第二馈电针与第一金属层、第二金属层之间设有第2绝缘间隙；\n[0011] 在第六金属层与馈电网络层之间设有第三馈电针和第四馈电针，所述第三馈电针的一端与第六金属层连接，第3馈电针的另一端与四分支90°移相功分器的一个输出端连接，在第三馈电针与第一金属层、第二金属层、第三金属层、第四金属层和第五金属层之间设有第三绝缘间隙；所述第四馈电针的一端与第六金属层连接，第四馈电针的另一端与四分支90°移相功分器的另一个输出端连接，在第四馈电针与第一金属层、第二金属层、第三金属层、第四金属层和第五金属层之间设有第4绝缘间隙。\n[0012] 与现有技术相比，本发明具有如下优点：\n[0013] 本发明中采用多层微带结构实现低剖面圆极化宽波束三频天线，特别采用了相互连接的第四金属层6和第三金属层7，第二介质层8开有第一金属化过孔13-3和第二金属化过孔16-3，可以在第三层金属层7上开有第一孔13-2和第二孔16-2，用于焊接馈电针13和16的上端，由于孔13-3和16-3为金属化过孔，因此可以有效焊接，同时避免第四金属层\n6和第三介质层5之间存在缝隙，使第四金属层6和第三介质层5贴合在一起，从而避免第二工作频点产生较大偏差，适于大量生产而无需重复调试。\n[0014] 本发明中采用馈电网络层12，包括两组90°移相功分器，分别为三分支90°移相功分器18，主要用于最低工作频点，对应第二介质层8及相邻金属层构成的天线馈电，馈电点为馈电22；四分支90°移相功分器19，同时实现宽带90°移相功分，同时完成对应第四介质层3及相邻金属层构成的天线和第三介质层5及相邻金属层构成的天线的馈电，馈电点分为为馈电20和馈电21。该结构可以非常便利的实现任意工作频点的圆极化。\n[0015] 本发明中采用第二金属层9和第一金属层10两层金属层连接结构，可以实现馈电网络12以及后继电路和上层天线部分的有效隔离。\n附图说明\n[0016] 在结合附图阅读描述后，本发明的上述目的、其它特征和优点都会更明显，其中：\n[0017] 图1是本发明的前视图。\n[0018] 图2是本发明的侧视图。\n[0019] 图3是本发明的A-A剖面图。\n[0020] 图4是本发明的B-B剖面图。\n[0021] 图5是本发明的C-C剖面图。\n[0022] 图6是本发明的D-D剖面图。\n[0023] 图7是本发明的E-E剖面图。\n[0024] 图8是本发明的F-F剖面图。\n[0025] 图9是本发明的G-G剖面图。\n[0026] 图10是本发明的H-H剖面图。\n[0027] 图11是本发明的I-I剖面图。\n[0028] 图12是本发明的J-J剖面图。\n[0029] 图13是本发明的K-K剖面图。\n[0030] 其中，1为天线罩，2为第六金属层，3为第四介质层，4为第五金属层，5为第三介质层，6为第四金属层，7为第三金属层，8为第二介质层，9为第二金属层，10为第一金属层，11为第一介质层，12为馈电网络层，13为第一馈电针，14为第三馈电针，15短路螺钉，16为第二馈电针，17为第四馈电针，18为威尔金森功分器，19为四分支功分器，20第一工作频率输入端口或者是第二工作频率输入端口，21为第一工作频率输入端口或者是第二频率输入端口，22为第三工作频率输入端口，23为绝缘空隙，23-1为绝缘空隙，24为绝缘空隙，24-1绝缘空隙。\n具体实施方式\n[0031] 一种三频宽波束圆极化微带天线，包括：天线罩1，在天线罩1内设有按照从下至上的顺序叠合的馈电网络层12、第一介质层11、第一金属层10、第二金属层9、第二介质层\n8、第三金属层7、第四金属层6、第三介质层5、第五金属层4、第四介质层3和第六金属层2；\n[0032] 在馈电网络层12、第一介质层11、第一金属层10、第二金属层9、第二介质层8、第三金属层7、第四金属层6、第三介质层5、第五金属层4、第四介质层3和第六金属层2的中心位置分别设有第1中心小孔15-1、第2中心小孔15-2、第3中心小孔15-3、第4中心小孔\n15-4、第5中心小孔15-5、第6中心小孔15-6、第7中心小孔15-7、第8中心小孔15-8、第9中心小孔15-9、第10中心小孔15-10、第11中心小孔15-11，所述第1中心小孔15-1、第2中心小孔15-2、第3中心小孔15-3、第4中心小孔15-4、第5中心小孔15-5、第6中心小孔\n15-6、第7中心小孔15-7、第8中心小孔15-8、第9中心小孔15-9、第10中心小孔15-10、第11中心小孔15-11为孔径相同的同心孔且由短路螺钉15穿过，实现天线整体的固定和高次模分量的抑制；\n[0033] 所述第三金属层7与第四金属层6连接，在第二介质层8内设有第一金属化过孔\n13-3和第二金属化过孔16-3，所述第一金属化过孔13-3和第二金属化过孔16-3连接于第三金属层7；\n[0034] 在所述的馈电网络层12上设有威尔金森90°移相功分器18和四分支90°移相功分器19；\n[0035] 在第三金属层7与馈电网络层12之间设有第一馈电针13和第二馈电针16，所述第一馈电针13的一端与第一金属化过孔13-3连接，第一馈电针13的另一端与威尔金森\n90°移相功分器18的一个输出端13-6连接，在第一馈电针13与第一金属层10、第二金属层9之间设有第1绝缘间隙23；所述第二馈电针16的一端与第二金属化过孔16-3连接，第二馈电针16的另一端与威尔金森90°移相功分器18的另一个输出端16-6连接第二馈电针16，在第二馈电针16与第一金属层10、第二金属层9之间设有第2绝缘间隙23-1；\n[0036] 在第六金属层2与馈电网络层12之间设有第三馈电针14和第四馈电针17，所述第三馈电针14的一端与第六金属层2连接，第3馈电针14的另一端与四分支90°移相功分器19的一个输出端14-11连接，在第三馈电针14与第一金属层10、第二金属层9、第三金属层7、第四金属层6和第五金属层4之间设有第三绝缘间隙24；所述第四馈电针17的一端与第六金属层2连接，第四馈电针17的另一端与四分支90°移相功分器19的另一个输出端17-11连接，在第四馈电针17与第一金属层10、第二金属层9、第三金属层7、第四金属层6和第五金属层4之间设有第4绝缘间隙24-1。\n[0037] 更具体来说：\n[0038] 本发明所述的三频宽波束圆极化微带天线，包括馈电网络层12、第一介质层11、第一金属层10、第二金属层9、第二介质层8、第三金属层7、第四金属层6、第三介质层5、第五金属层4、第四介质层3和第六金属层2和天线罩1构成，该11层结构可以都是圆形结构，也可以都是方形结构，或者部分圆形结构部分方形结构；天线罩12可以是方形结构或者是圆形结构；最上层介质材料(3)和相邻上下层对应最高工作频点；第二层介质材料(6)和相邻上下层对应第二工作频点；第三层介质材料(8)和相邻上下层对应最低工作频点；第四介质材料(11)和相邻上下层构成匹配网络电路，用于实现功分和90°移相；对于11层结构，中心均有同心圆孔，采用金属螺钉把这些结构固定在最下层金属层上，该金属螺钉称为短路螺钉，具有两个作用：其一固定，其二抑制高次模；两个短馈电针，穿过底层的馈电网络层12、第一介质层11、第一金属层10、第二金属层9、第二介质层8、第三金属层7，完成低频天线部分的馈电；第三馈电针14和第四馈电针17，穿过底层馈馈电网络层12、第一介质层11、第一金属层10、第二金属层9、第二介质层8、第三金属层7、第四金属层6、第三介质层5、第五金属层4、第四介质层3和第六金属层2，完成两个高频天线部分的馈电；馈电网络层12完成两个功能，实现针对第一馈电针13和第二馈电针16的90°移相功分器，第三馈电针14和第四馈电针17的90°移相功分器，用于实现天线的圆极化功能，根据移相正90°或者负90°，可以方便的实现左旋圆极化或者右旋圆极化；天线罩主要用于保护天线，防止雨水的腐蚀等。\n[0039] 下面参加本发明的一个优选实施例的详细内容，实施例1结合附图进行说明。在可能的情况下，用于所有附图和说明的同一标号表示相同或相似的部分。该实施例是一种用于CAMPASS系统的地面接收天线，其最高工作频点为S波段，其余两个工作频点为L波段，均是圆极化，整体结构如图1到图12所示结构，其每个工作频段的驻波均小于1.5，每个工作频点的-3dB波束宽度达到160°，6dB轴比波束宽度达到160°，每个工作频点的增益均大于3dB。\n[0040] 尽管本发明已经参照附图和优选实施例进行了说明，但是，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。本发明的各种更改、变化，和等同物有所附的权利要求书的内容涵盖。