一種雙頻圓極化星載導(dǎo)航天線的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及微帶天線技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種雙頻圓極化星載導(dǎo)航天線。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著社會的發(fā)展，衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的應(yīng)用越來越廣泛，從而帶動了對衛(wèi)星終端天線 的深入研究。衛(wèi)星終端天線有許多不同的類型，主要有十字交叉振子天線、四臂螺旋天線、 微帶天線及螺旋天線等。其中，四臂螺旋天線和微帶天線以其優(yōu)良的電性能而廣泛應(yīng)用于 衛(wèi)星終端接受設(shè)備中。其中微帶天線與四壁螺旋天線相比，在空間結(jié)構(gòu)上，減小了一維的 尺寸，其平面結(jié)構(gòu)易于共形，電性能設(shè)計靈活，易于實現(xiàn)圓極化、雙頻或多頻工作，并且體積 小，重量輕。
[0003] 由于北斗發(fā)射天線工作在多頻段，目前常采用多層微帶天線單元選擇來實現(xiàn)多頻 段，但是該方法多層微帶天線單元中，對上層天線的饋電往往會對下層天線形成影響，難以 解決饋電隔離的問題，且存在體積、重量過大的缺點，加工和制作難度大，難以和有源器件 及電路進(jìn)行集成。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于提供一種體積小、重量輕的雙頻圓極化星載導(dǎo)航天線，能夠采 用印刷電路技術(shù)進(jìn)行批量生產(chǎn)，而且能夠和有源器件及電路集成為單一的模塊。
[0005] 實現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為：一種雙頻圓極化星載導(dǎo)航天線，包括五層圓 形微帶貼片天線，由下到上依次為：空氣層、第一介質(zhì)層、第二介質(zhì)層、第一泡沫層、第二泡 沫層：其中空氣層的下表面為金屬板；第一介質(zhì)層和第二介質(zhì)層中間共用金屬地板，金屬 地板上開有十字縫隙和耦合縫隙；第一介質(zhì)層的下表面設(shè)有下微帶線層，第二介質(zhì)層的上 表面設(shè)有上微帶線層，下微帶線層和上微帶線層分別設(shè)置一個終端開路的微帶線，該兩個 終端開路的微帶線垂直分布于十字縫隙的兩側(cè)；下微帶線層還設(shè)有下層耦合微帶線，上微 帶線層還設(shè)有上層耦合微帶線，下層耦合微帶線和上層耦合微帶線通過耦合縫隙形成定向 耦合器，下層耦合微帶線的兩端分別為耦合端口和隔離端口，上層耦合微帶線的兩端分別 為天線輸入端口和直通端口，耦合端口與下微帶線層中終端開路的微帶線相接、直通端口 與上微帶線層中終端開路的微帶線相接，下微帶線層和上微帶線層中信號有90°的相位差 實現(xiàn)圓極化；第一泡沫層的上表面設(shè)有第一圓形金屬貼片、第二泡沫層的上表面設(shè)有第二 圓形金屬貼片，第一圓形金屬貼片和第二圓形金屬貼片的圓心在一條垂直線上。
[0006] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點為：（1)采用多層圓形微帶貼片天線，可以實 現(xiàn)體積小、重量輕、圓極化、雙頻帶的特性；(2)采用微帶饋電，饋電網(wǎng)絡(luò)可與天線結(jié)構(gòu)一起 制成，適用于運用印刷電路技術(shù)進(jìn)行批量生產(chǎn)，而且能夠和有源器件及電路集成為單一的 模塊；（3)采用定向耦合器，使得兩個微帶饋電端口的信號有90°的相位差，進(jìn)一步實現(xiàn)圓 極化；(4)定向耦合器與天線的饋電網(wǎng)絡(luò)集成在一起，減小了天線的尺寸，同時也降低了加 工和制作的難度。
【附圖說明】
[0007] 圖1是本發(fā)明雙頻圓極化星載導(dǎo)航天線的結(jié)構(gòu)圖，其中（a)為側(cè)視圖，（b)為第一 介質(zhì)層的下表面俯視圖，（c)為金屬地板的俯視圖，（d)為第二介質(zhì)層的上表面俯視圖，（e) 為第一泡沫層的上表面俯視圖，（f)為第二泡沫層的上表面俯視圖。
[0008] 圖2是本發(fā)明實施例中雙頻圓極化星載導(dǎo)航天線的|S111結(jié)果圖。
[0009] 圖3是本發(fā)明實施例中雙頻圓極化星載導(dǎo)航天線的軸比結(jié)果圖。
【具體實施方式】
[0010] 下面結(jié)合附圖及具體實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
[0011] 結(jié)合圖1，本發(fā)明雙頻圓極化星載導(dǎo)航天線，包括五層圓形微帶貼片天線，如圖 1 (a)由下到上依次為：空氣層1、第一介質(zhì)層2、第二介質(zhì)層3、第一泡沫層4、第二泡沫層5 :
[0012] 其中空氣層1的下表面為金屬板11 ;第一介質(zhì)層2和第二介質(zhì)層3中間共用金屬 地板22如圖1 (c):金屬地板22上開有十字縫隙221和耦合縫隙222 ;第一介質(zhì)層2的下表 面設(shè)有下微帶線層21如圖1 (b)，第二介質(zhì)層3的上表面設(shè)有上微帶線層31如圖1 (d)，下微 帶線層21和上微帶線層31分別設(shè)置一個終端開路的微帶線，該兩個終端開路的微帶線垂 直分布于十字縫隙221的兩側(cè)；下微帶線層21還設(shè)有下層耦合微帶線216,上微帶線層31 還設(shè)有上層耦合微帶線316,下層耦合微帶線216和上層耦合微帶線316通過耦合縫隙222 形成定向耦合器，下層耦合微帶線216的兩端分別為耦合端口 214和隔離端口 215,上層耦 合微帶線316的兩端分別為天線輸入端口 314和直通端口 315,耦合端口 214與下微帶線層 21中終端開路的微帶線相接、直通端口 315與上微帶線層31中終端開路的微帶線相接，下 微帶線層21和上微帶線層31中信號有90°的相位差實現(xiàn)圓極化；第一泡沫層4的上表面 設(shè)有第一圓形金屬貼片41如圖1 (e)、第二泡沫層5的上表面設(shè)有第二圓形金屬貼片51如 圖1(f)，第一圓形金屬貼片41和第二圓形金屬貼片51的圓心在一條垂直線上。
[0013] 作為一種優(yōu)選方案，所述空氣層1的厚度為10~20mm，第一泡沫層4的厚度為 10~15mm,第二泡沫層5的厚度為10~15_。
[0014] 作為一種優(yōu)選方案，所述第一介質(zhì)層2和第二介質(zhì)層3的厚度和介電常數(shù)相等，厚 度范圍為〇· 5~2mm、介電常數(shù)范圍為2~6。
[0015] 作為一種優(yōu)選方案，所述下微帶線層21和上微帶線層31分別設(shè)置一個終端開路 的微帶線，該兩個終端開路的微帶線尺寸相同，其中下微帶線層21中終端開路的微帶線具 體為：由第一微帶線211過渡到第二微帶線212,第二微帶線212末端對稱連接兩條終端開 路的第三微帶線213 ;上微帶線層31中終端開路的微帶線具體為：由第四微帶線311過渡 到第五微帶線312,第五微帶線312末端對稱連接兩條終端開路的第六微帶線313 ;所述第 一微帶線211與耦合端口214相接，第四微帶線311與直通端口315相接。所述第一微帶 線211和第四微帶線311均為50 Ω，第二微帶線212和第五微帶線312均為100 Ω。
[0016] 作為一種優(yōu)選方案，所述下層耦合微帶線216、上層耦合微帶線316以及耦合縫隙 222的中心在一條垂直線上。
[0017] 作為一種優(yōu)選方案，所述第一圓形金屬貼片41的半徑R41，根據(jù)以下公式確定：
[0018]
[0019]
[0020] 式中，L為雙頻天線低頻段所對應(yīng)的中心頻率，ε1^為圓形貼片所在介質(zhì)的介電常 數(shù)，R_41為圓形金屬貼片的等效半徑；h為圓形貼片所在介質(zhì)介質(zhì)的高度，R41為圓形金屬貼 片的實際半徑。
[0021] 第二圓形金屬貼片51的半徑R51，根據(jù)以下公式確定：
[0022]
[0023]
[0024] 式中，為雙頻天線高頻段所對應(yīng)的中心頻率，ε1^為圓形貼片所在介質(zhì)的介電常 數(shù)，R_51為圓形金屬貼片的等效半徑；h為圓形貼片所在介質(zhì)介質(zhì)