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一种空气介质圆极化天线

阅读：2发布：2022-02-02

专利汇可以提供一种空气介质圆极化天线专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本实用新型公开了一种空气介质圆极化天线，包括上层板、中层板、下层板、两个金属化过孔、两个第一馈针及两个第二馈针，所述的上层板、中层板、下层板由上往下设置，所述的上层板工作在L1频段，所述的中层板工作在L2和L5频段，所述的下层板为反射板，所述的金属化过孔设置在中层板与下层板之间；所述的第一馈针设置在上层板与下层板之间，第一馈针的下部设置于金属化过孔内；所述的第二馈针设置在中层板与下层板之间。本实用新型结构简单，易于实现，以空气为介质，可以获得较高的增益。，下面是一种空气介质圆极化天线专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种空气介质圆极化天线，其特征于：包括上层板、中层板、下层板、两个金属化过孔、两个第一馈针及两个第二馈针，
所述的上层板、中层板、下层板由上往下间隔设置，所述的上层板工作在L1频段，所述的中层板工作在L2和L5频段，所述的下层板为反射板，所述的金属化过孔为圆柱金属管，其设置在中层板与下层板之间；所述的第一馈针设置在上层板与下层板之间，第一馈针的下部设置于金属化过孔内；所述的第二馈针设置在中层板与下层板之间，所述的两个第一馈针馈电相位形成90度差值，两个第二馈针的馈电相位形成90度差值。
2.如权利要求1所述的空气介质圆极化天线，其特征在于：所述的上层板包括上层方形贴片板及分布连接在上层方形贴片板四周的上层包边板，上层包边板的长度小于上层方形贴片板的长度，使上层包边板与上层方形贴片板的四角位置形成两个垂直方向的上层端口槽；
所述的中层板包括中层方形贴片板及分布连接在中层方形贴片板四周的中层包边板，中层包边板的长度小于中层方形贴片板的长度，使中层包边板与中层方形贴片板的四角位置形成两个垂直方向的中层端口槽。
3.如权利要求1或2所述的空气介质圆极化天线，其特征在于：所述的金属化过孔由中空结构的主圆柱腔、上阶梯圆柱腔和下阶梯圆柱腔组成，所述的上阶梯圆柱腔和下阶梯圆柱腔分别位于主圆柱腔的上端和下端；所述的下层板上开设有两个用于固定下阶梯圆柱腔的下层阶梯圆孔，及两个用于供第二馈针通过的下层针孔；所述的中层板上开设有两个用于固定的上阶梯圆柱腔的中层阶梯圆孔以及两个供第二馈针通过的中层针孔；所述的上层板上设有两个供第一馈针通过的上层针孔。
4.如权利要求3所述的空气介质圆极化天线，其特征在于：所述的第一馈针及第二馈针的直径Φ5=1.4mm。
5.如权利要求4所述的空气介质圆极化天线，其特征在于：所述的金属化过孔的主圆柱腔的内外半径分别为R4=1.5mm和R3=2mm；所述的上阶梯圆柱腔和下阶梯圆柱腔的内外半径分别为R4=1.5mm和R2=2.5mm。
6.如权利要求5所述的空气介质圆极化天线，其特征在于：所述的主圆柱腔的高度为
10mm，所述的上阶梯圆柱腔和下阶梯圆柱腔的高度为1mm。
7.如权利要求5所述的空气介质圆极化天线，其特征在于：所述的上层针孔的半径为R1=
0.75mm；所述的下层阶梯圆孔及中层阶梯圆孔的两个圆截面的半径为R2=2.5mm和R3=2mm，所述的下层针孔的半径为R3=2mm。
8.如权利要求2所述的空气介质圆极化天线，其特征在于：所述的上层方形贴片板、上层包边板、中层方形贴片板、中层包边板及下层板均为铝材制成。
9.如权利要求2所述的空气介质圆极化天线，其特征在于：所述的上层方形贴片板的尺寸为：长L1=76.4mm，宽W1=76.4mm，高H1=2mm，上层包边板的尺寸为：长L2=66.4mm，宽W2=4mm，高H2=2mm；
所述的中层方形贴片板的尺寸为：L3=99.7mm，宽W3=99.7mm，高H3=2mm，中层包边板的尺寸为：长L4=89.7mm，宽W4=7mm，高H4=2mm；
所述的下层板的尺寸为长L5=108mm，宽W5=108mm，高H5=2mm。
10.如权利要求9所述的空气介质圆极化天线，其特征在于：所述的两个第一馈针相对于上层板中心的偏移量为15mm，所述的两个第二馈针相对于中层板中心的偏移量为23mm，两金属化过孔相对于中层板中心的偏移量为15mm。

说明书全文

一种空气介质圆极化天线

技术领域

[0001] 本实用新型涉及天线技术领域，尤其是一种空气介质圆极化天线。

背景技术

[0002] 从2008年以来，全球卫星定位系统（GPS)形成了L1(1574.42MHz)、L2(1227.60 MHz）和L5(1176.45 MHz)三个频率GPS 信号同时进行导航定位的新格局。因此，迫切需要研发满足多方需求的三频GPS高性能新型天线，尤其是具有高增益、小型化、结构简单等特点的圆极化天线一直是天线设计者们一直关注的难题。发明内容

[0003] 本实用新型的目的在于提供一种以空气为介质的可在L1+L2+L5频段辐射圆极化波的圆极化天线，可获得较高的增益。为实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：

[0004] 本实用新型公开了一种空气介质圆极化天线，包括上层板、中层板、下层板、两个金属化过孔、两个第一馈针及两个第二馈针，所述的上层板、中层板、下层板由上往下间隔设置，所述的上层板工作在L1频段，所述的中层板工作在L2和L5频段，所述的下层板为反射板，所述的金属化过孔为金属圆柱管，其设置在中层板与下层板之间；所述的第一馈针设置在上层板与下层板之间，第一馈针的下部设置于金属化过孔内；所述的第二馈针设置在中层板与下层板之间，所述的两个第一馈针馈电相位形成90度差值，两个第二馈针的馈电相位形成90度差值。

[0005] 进一步地，所述的上层板包括上层方形贴片板及分布连接在上层方形贴片板四周的上层包边板，上层包边板的长度小于上层方形贴片板的长度，使上层包边板与上层方形贴片板的四角位置形成两个垂直方向的上层端口槽。

[0006] 所述的中层板包括中层方形贴片板及分布连接在中层方形贴片板四周的中层包边板，中层包边板的长度小于中层方形贴片板的长度，使中层包边板与中层方形贴片板的四角位置形成两个垂直方向的中层端口槽。

[0007] 优选地，所述的金属化过孔由中空结构的主圆柱腔、上阶梯圆柱腔和下阶梯圆柱腔组成，所述的上阶梯圆柱腔和下阶梯圆柱腔分别位于主圆柱腔的上端和下端；所述的下层板上开设有两个用于固定下阶梯圆柱腔的下层阶梯圆孔，及两个用于供第二馈针通过的下层针孔；所述的中层板上开设有两个用于固定的上阶梯圆柱腔的中层阶梯圆孔以及两个供第二馈针通过的中层针孔；所述的上层板上设有两个供第一馈针通过的上层针孔。

[0008] 其中，所述的第一馈针及第二馈针的直径Φ5=1.4mm，所述的金属化过孔的主圆柱腔的内外半径分别为R4=1.5mm和R3=2mm；所述的上阶梯圆柱腔和下阶梯圆柱腔的内外半径分别为R4=1.5mm和R2=2.5mm。

[0009] 其中，所述的主圆柱腔的高度为10mm，所述的上阶梯圆柱腔和下阶梯圆柱腔的高度为1mm。

[0010] 其中，所述的上层针孔的半径为R1=0.75mm；所述的下层阶梯圆孔及中层阶梯圆孔的两个圆截面的半径为R2=2.5mm和R3=2mm，所述的下层针孔的半径为R3=2mm。

[0011] 优选地，所述的上层方形贴片板、上层包边板、中层方形贴片板、中层包边板及下层板均为铝材制成。

[0012] 其中，所述的上层方形贴片板的尺寸为：长L1=76.4mm，宽W1=76.4mm，高H1=2mm，上层包边板的尺寸为：长L2=66.4mm，宽W2=4mm，高H2=2mm。

[0013] 所述的中层方形贴片板的尺寸为：L3=99.7mm，宽W3=99.7mm，高H3=2mm，中层包边板的尺寸为：长L4=89.7mm，宽W4=7mm，高H4=2mm。

[0014] 所述的下层板的尺寸为长L5=108mm，宽W5=108mm，高H5=2mm。

[0015] 优选地，所述的两个第一馈针相对于上层板中心的偏移量为15mm，所述的两个第二馈针相对于中层板中心的偏移量为23mm，两金属化过孔相对于中层板中心的偏移量为15mm。

[0016] 本实用新型的尺寸加工误差控制在1%以内。

[0017] 由于采用了上述结构，本实用新型具有如下有益效果：

[0018] 1、本实用新型采用下层板做反射面，上层板和中层板用作辐射体，下层铝板设有4个馈电位置通过馈针对上层铝板和中间层铝板进行馈电，使上层铝板和中间层铝板均为双馈结构，可在L1+L2+L5频段辐射右旋圆极化波，且天线结构简单，易于实现，以空气为介质，可以获得较高的增益。

[0019] 2、上层板和中层板采用包边设计，可以在一定程度上缩小天线的体积提高结构的稳定性。附图说明

[0020] 图1是本实用新型的结构示意图。

[0021] 图2是图1的分解示意图。

[0022] 图3是图1的A向示意图。

[0023] 图4是图3的B-B剖面示意图。

[0024] 图5是上层板下表面的结构及尺寸示意图。

[0025] 图6是中层板下表面的结构及尺寸示意图。

[0026] 图7是下层板上表机的结构及尺寸示意图。

[0027] 图8是金属化过孔的结构及尺寸示意图。

[0028] 图9为本实施例的回波损耗曲线。

[0029] 图10为本实施例的增益曲线。

[0030] 图11为本实施例的轴比曲线。

[0031] 主是要组件符号说明：

[0032] 1：上层板，11：上层方形贴片板，12：上层包边板，13：上层端口槽，14：上层针孔，2：中层板，21：中层方形贴片板，22：中层包边板，23：中层端口槽，24：中层阶梯圆孔，25：中层针孔，3：下层板，31：下层阶梯圆孔，32：下层针孔，4：金属化过孔，41：主圆柱腔，42：上阶梯圆柱腔，43：下阶梯圆柱腔，5：第一馈针，6：第二馈针。

具体实施方式

[0033] 为了使本领域的技术人员更好地理解本实用新型的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步详细的描述。

[0034] 如图1、图2所示，本实用新型公开了一种空气介质圆极化天线，包括上层板1、中层板2、下层板3、两个金属化过孔、两个第一馈针及两个第二馈针。

[0035] 上层板1、中层板2、下层板3由上往下间隔设置，使上层板与中层板，中层板与下层板之间形成空气介质层。上层板1工作在L1频段(1574.42MHz)，中层板2工作在L2和L5频段(1227.60 MHz、1176.45 MHz)，下层板3为反射板。

[0036] 结合图2所示，上层板1包括上层方形贴片板11及分布连接在上层方形贴片板11四周的上层包边板12。上层包边板12的长度L2小于上层方形贴片板的长度L1，使上层包边板12与上层方形贴片板11的四角位置形成两个垂直方向（X向和Y向）的上层端口槽13。中层板2包括中层方形贴片板21及分布连接在中层方形贴片板21四周的中层包边板22。中层包边板22的长度L4小于中层方形贴片板21的长度L3，使中层包边板22与中层方形贴片板21的四角位置形成两个垂直方向的中层端口槽23。上层方形贴片板11、上层包边板12、中层方形贴片板21、中层包边板22及下层板3均为铝材制成。

[0037] 如图3、图4所示，金属化过孔4设置在中层板2与下层板3之间。第一馈针5设置在上层板1与下层板3之间，第一馈针5的下部设置于金属化过孔4内。第二馈针6设置在中层板2与下层板3之间。两个第一馈针5馈电相位形成90度差值，两个第二馈针6的馈电相位形成90度差值，本实用新型结构在下层板3上设置四个馈电位置，对上层板1和中层板2进行馈电，使上层板1和中层板2均为双馈结构，使用中利用3dB电桥使上层板1和中层板2的两个馈针的馈电相位均形成90度差值，从而产生右旋圆极化波。

[0038] 结合图8所示，金属化过孔4由中空结构的主圆柱腔41、上阶梯圆柱腔42和下阶梯圆柱腔43组成。上阶梯圆柱腔42和下阶梯圆柱腔43分别位于主圆柱腔41的上端和下端。下层板3上开设有两个用于固定下阶梯圆柱腔43的下层阶梯圆孔31，及两个用于供第二馈针6通过的下层针孔32。中层板2上开设有两个用于固定的上阶梯圆柱腔42的中层阶梯圆孔24以及两个供第二馈针6通过的中层针孔25。上层板1上设有两个供第一馈针5通过的上层针孔14。

[0039] 第一馈针5及第二馈针6的直径Φ5=1.4mm。结合图8所示，金属化过孔4的主圆柱腔41的内外半径分别为R4=1.5mm和R3=2mm。上阶梯圆柱腔42和下阶梯圆柱腔43的内外半径分别为R4=1.5mm和R2=2.5mm。

[0040] 上层针孔14的半径为R1=0.75mm。下层阶梯圆孔31及中层阶梯圆孔24的两个圆截面的半径为R2=2.5mm和R3=2mm，下层针孔32的半径为R3=2mm。主圆柱腔41的高度H6为10mm，上阶梯圆柱腔42和下阶梯圆柱腔43的高度H7为1mm。

[0041] 结合图5所示，上层方形贴片板11的尺寸为：长L1=76.4mm，宽W1=76.4mm，高H1=2mm，上层包边板12的尺寸为：长L2=66.4mm，宽W2=4mm，高H2=2mm。

[0042] 结合图6所示，中层方形贴片板21的尺寸为：L3=99.7mm，宽W3=99.7mm，高H3=2mm，中层包边板22的尺寸为：长L4=89.7mm，宽W4=7mm，高H4=2mm。

[0043] 结合图7所示，下层板3的尺寸为长L5=108mm，宽W5=108mm，高H5=2mm。

[0044] 两个第一馈针5相对于上层板1中心的偏移量为R6=15mm。两个第二馈针6相对于中层板2中心的偏移量R7为23mm，两金属化过孔4相对于中层板2中心的偏移量为R6=15mm。

[0045] 将本实施例制得的天线进行仿真测试，测试结果如下详述。

[0046] 1、回波损耗测试

[0047] 如图9所示，仿真得到天线的回波损耗曲线，可见本实施例天线可以工作在L1+L2+L5频段。其中S11和S44为中层板2的回波损耗，使天线工作在L2+L5频段，S22和S33为上层板1的回波损耗，使天线工作在L1频段。

[0048] 2、增益测试

[0049] 如图10所示，仿真得到本实施例天线的增益曲线，可见本实施例天线在L2+L5频段在1.229GHz时有最大增益7.51dB，在L1频段在1.588GHz时有最大增益9.16dB，并且增益在5dB以上的频段为1.19-1.27GHz以及1.50-1.69GHz，可见本实施例天线较一般圆极化天线具有更高的增益。

[0050] 3、轴比测试

[0051] 如图11所示，仿真得到本实施例天线的轴比曲线，可见本实施例天线工作在L1+L2+L5频段时轴比均小于2，符合一般要求。

[0052] 以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

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