一種有源寬帶小型化導航天線制造技術

本發明專利技術公開一種有源寬帶小型化導航天線，分為五層，從上往下第一層為輻射層，輻射貼片位于第一層介質的頂部；第二層為L型探針饋電層，由四個L型探針組成，水平部分印制在介質層，垂直部分穿過介質層分別與次級饋電網絡各個輸出端口連接；第三層為次級饋電網絡層，由兩副帶90°寬帶移相器的功分器組成；第四層為初級饋電網絡層，由一副帶180°寬帶移相器的功分器組成；第五層為低噪聲放大(LNA)電路部分，為單級放大電路，主要包括偏置部分、放大部分、前后及匹配部分以及反饋部分；第三層和第四層之間用金屬條連接。該天線具有結構緊湊、成本低的特點。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于電子導航系統
，涉及ー種導航天線，具體涉及ー種有源寬帶小型化導航天線。
技術介紹
全球衛星導航系統(GNSS)屬于星基無線電導航系統，其主要作用是利用衛星向全球用戶提供高質量的定位、導航和授時服務，其作為重要的空間基礎設施，已被廣泛地應用在政治、經濟、軍事以及日常生活中，全球衛星導航系統提供全球范圍內的導航，高精度定位與授時等服務，其在各個領域內發揮著不可替代的作用。由于衛星導航系統在現代社會扮演著重要角色，世界主要大國和利益集団都獨自建立或提出聯合建立衛星導航系統，目前已建成運行和正在發展中的衛星導航系統主要有美國于上世紀70年代發展起來的具有全球性、全能型、天候優勢的導航定位、定時、測速系統-全球衛星定位系統(Global Position Systems, GPS),前蘇聯于上世紀80年代開始組建的由衛星星座、地面監測控制站和用戶設備三部分組成的衛星定位系統——GL0NASS,歐盟于2002年開始計劃組建的Galileo (伽利略)衛星導航定位系以及由我國自主研發的北斗衛星導航系統——Compass。這些衛星導航系統的應用頻段主要包含于1.15-1.62GHz。由于各種導航系統的衛星在空間的分布有限，提供衛星定位服務的精確度、安全性、可靠性和可用性無法得到保障，因此采用兩種或兩種以上的衛星導航系統組成的多模導航接收系統的研究近年受到廣泛重視。天線是衛星導航系統中非常重要的一部分，在一定程度上決定著衛星導航系統的性能，適合多模導航接收機的天線應具有多頻段、圓極化，寬波束及寬帶的特點，是近年衛星接收天線研究的熱點。目前實現多模天線的形式主要有兩種，ー種形式主要為四饋點耦合饋電微帶線結構，通過四饋點提供等幅，相位依次相差90°的信號以產生圓極化，但此類天線一般口徑較大，不能直接用于小型化應用；另ー種是四臂螺旋結構，通過對四臂提供等幅、相位差相差90°的信號來產生圓極化，但此類天線剖面較高，且不易共型。此外上述天線還具有結構大，増益低和靈敏度差的缺陷。
技術實現思路
本專利技術的目的在于克服現有衛星導航天線系統結構大、波束窄、増益低，噪聲系數高和靈敏度差的缺陷，提出ー種有源寬帶小型化導航天線，設計了寬帶移相網絡和多饋電點結構，實現多模衛星導航天線的寬頻帶工作；設計了雙層帶線饋電結構，實現天線的小型化；設計了輻射貼片表面十字形槽結構，提高了天線的增益；前端加載寬帶LNA電路，實現整個系統的高増益，低噪聲系數和高靈敏度。其技術方案為:ー種有源寬帶小型化導航天線，共分為五層，從上往下第一層為輻射層，輻射貼片位于第一層介質的頂部；第ニ層為L型探針饋電層，由四個L型探針組成，水平部分印制在介質層，垂直部分穿過介質層分別與次級饋電網絡各個輸出端ロ連接；第三層為次級饋電網絡層，由兩副帶90°寬帶移相器的功分器組成；第四層為初級饋電網絡層，由ー副帶180°寬帶移相器的功分器組成；第五層為低噪聲放大(LNA)電路部分，為單級放大電路，主要包括偏置部分、放大部分、前后及匹配部分以及反饋部分；第三層和第四層之間用金屬條連接。進ー步優選，第一層中所述輻射貼片通過十字形開槽，分為四個大小相等對稱分布的獨立的部分。進ー步優選，所述第三層和第四層添加入/8開路和短路枝節結構，在1.15-1.62GHz的頻帶范圍內實現端ロ相位差穩定，依次為90°、180。、270。。進ー步優選，所述LNA電路部分采用的芯片為ATF54143。本專利技術與現有技術相比的有益效果(I)本專利技術所設計的多模衛星導航天線結構緊湊，成本低；(2)本專利技術采用多饋電點加寬帶移相結構，提高了天線的圓極寬角化覆蓋特性；(3)本專利技術采用輻射貼片表面開槽結構，提高天線輻射的増益；(4)本專利技術采用天線前端加載LNA電路，提高了導航系統的增益和靈敏度，并降低了系統的噪聲系數。附圖說明圖1為四饋點圓極化天線原理圖；圖2為有源天線示意圖；圖3為天線部分的結構示意圖，其中圖3(a)有源天線剖面圖，圖3(b)印刷探針的結構圖；圖4為LNA設計原理圖；圖5為本專利技術所述天線的結構示意圖；圖6為LNA電路仿真圖；圖7為天線駐波圖；圖8天線軸比圖；圖9為天線增益隨俯仰角Theta變化曲線(f = 1.5GHz)；圖10為天線軸比隨俯仰角Theta變化曲線(f = 1.5GHz)。具體實施例方式下面結合附圖和具體實施方式對本專利技術的技術方案作進ー步說明。本專利技術采用了探針耦合技術以及四饋點圓極化技木。對于直接饋電的微帶天線，其阻抗帶寬一般比較窄。為了擴展輻射帶寬，直觀的理解就是盡量在要求的帶寬內讓能量盡可能的輻射出去，而讓天線產生的感應場盡可能的小。我們知道天線的等效輻射阻抗可表示為:Za = RA+jXA式中Ra稱為輸入阻杭，Xa稱為輸入電抗。天線輻射的感應場對應于天線輻射阻抗的虛部，當阻抗虛部即電抗相對于實部越大，天線產生的感應場越強，此時天線場的能量大多集中在感應場，而無法輻射出去，天線的帶寬也較窄。為此，増加天線的輻射帶寬只需要抵消天線輻射阻抗的虛部即可，這里采用探針耦合技術饋電正是基于這一思想，探針與貼片間產生耦合電容，而這恰好可以抵消天線輻射產生的虛部，從而達到了寬帶工作的目的。傳統的單饋電微帶天線采用用簡并分離元的方法來實現移相，軸比帶寬比較窄，通常只有5%左右；而多饋點饋電的方式將移相交給饋電網絡，輻射片只關注激勵極化正交、幅度相等的電場，軸比帶寬可以大大提高。多饋電可以分為兩饋點、三饋點、四饋點等方式。圖1為四饋點圓極化天線原理圖，各個饋電點分別提供等幅相位差相差90°的相位，以激勵出正交等幅的電場，從而產生圓極化。四饋點的優點在于圓極化輻射機理簡單，結構完全対稱性，有利于提高實現寬角覆蓋。縱觀近幾年導航天線的發展，多模導航天線應用越來越廣泛。而目前的多模導航天線還停留在無源階段，極少出現加載LNA電路的多模導航天線的設計。本專利技術采用寬帶LNA電路加載技術，在寬頻帶內保證較低的噪聲系數和增益滾降特性的同時，極大的提高了系統的增益。根據以上基本思想，設計的有源天線示意圖如圖2所示，天線部分的結構如圖3(a)所示，天線共分為五層。從上往下第一層為輻射層，上層貼片位于第一層介質的頂部；第二層為L型探針饋電層，它由四個L型探針組成，水平部分印制在介質層，如圖3 (b)所示，垂直部分穿過介質層分別與次級饋電網絡各個輸出端ロ連接；第三層為次級介質帶線饋電網絡層，它由兩副寬帶90°移相器組成；第四層為初級介質帶線饋電網絡層，它由一副寬帶180°移相器組成；第五層為LNA電路部分，電路為單級放大電路，主要包括偏置部分、放大部分、前后及匹配部分以及反饋部分；如圖4為LNA設計原理圖。本專利技術具有以下特點:1、寬頻帶工作本專利技術采用探針耦合饋電技術，保證天線具有較寬的阻抗帶寬；采用寬帶移相結構，保證天線具有較寬的圓極化帶寬，從而滿足當前所有主流衛星導航系統的帶寬要求。2、結構緊湊本專利技術采用雙層介質帶線的饋電結構，有效地減小了饋電網絡的尺寸，使天線整體結構變得緊湊。初級和次級介質帶線結構如圖5所示，其中圖5(a)為初級介質帶線結構，圖5(b)為初級介質帶線結構圖。3、改善天線輻射増益本專利技術輻射片表面開十字形槽，提高了天線的輻射増益。4、改善系統增益通過天線前端加上LNA電路，提高了系統的本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種有源寬帶小型化導航天線，其特征在于，共分為五層，分為五層，從上往下第一層為輻射層，輻射貼片位于第一層介質的頂部；第二層為L型探針饋電層，由四個L型探針組成，水平部分印制在介質層，垂直部分穿過介質層分別與次級饋電網絡各個輸出端口連接；第三層為次級饋電網絡層，由兩副帶90°寬帶移相器的功分器組成；第四層為初級饋電網絡層，由一副帶180°寬帶移相器的功分器組成；第五層為低噪聲放大(LNA)電路部分，為單級放大電路，主要包括偏置部分、放大部分、前后及匹配部分以及反饋部分；第三層和第四層之間用金屬條連接。

【技術特征摘要】
1.一種有源寬帶小型化導航天線，其特征在于，共分為五層，分為五層，從上往下第一層為輻射層，輻射貼片位于第一層介質的頂部；第ニ層為L型探針饋電層，由四個L型探針組成，水平部分印制在介質層，垂直部分穿過介質層分別與次級饋電網絡各個輸出端ロ連接；第三層為次級饋電網絡層，由兩副帶90°寬帶移相器的功分器組成；第四層為初級饋電網絡層，由ー副帶180°寬帶移相器的功分器組成；第五層為低噪聲放大(LNA)電路部分，為單級放大電路，主要包括偏置部分、放大部分、前后及匹配部分以及反饋部分；第...

【專利技術屬性】
技術研發人員：張鵬飛，陳瓊，鄭會利，傅光，張健，趙春生，錢幫龍，吉德成，
申請(專利權)人：西安電子科技大學，
類型：發明
國別省市：