[发明专利]一种宽带电容耦合层叠GNSS天线

说明书

技术领域

本发明涉及卫星天线领域，尤其涉及一种宽带电容耦合层叠GNSS天线。

背景技术

目前全球有四大卫星导航系统：美国的GPS系统，中国的北斗系统(COMPASS)，俄罗斯的格洛纳斯系统(GLONASS)和欧洲的伽利略系统(GALILEO)。这四个系统覆盖频率范围1164-1300 MHz和1559-1610 MHz，因此寻找一种能完全覆盖这两个频率范围的天线成为当前的研究方向。

现有技术中，出现有螺旋天线、微带天线、电容耦合天线等，这些天线存在的主要问题如下：

1）、螺旋天线具有宽频带的特点，但是螺旋天线的辐射方向是双向的，要想获得单向辐射，通常需要在下面加λ/4深度的金属反射腔，这使得天线体积大且笨重；

2）、微带天线具有体积小、低剖面、可共形和成本低等优点。近年来，提出了几种双频带GPS（L1&L2）贴片天线，包括含有四个槽的单层贴片天线，层叠微带贴片天线。这些天线制备简单，且通过匹配网络便于提高阻抗带宽。但实验表明，其阻抗带宽还是过于窄，不能满足同时覆盖1164-1300 MHz和1559-1610 MHz的频率范围；

3）、电容耦合的层叠贴片天线可以提高天线带宽。已经证明具有两个电容耦合的单层贴片圆极化天线具有明显的带宽提升，这是因为对垂直部分探针引入的电感进行补偿导致带宽的提升。其他GNSS应用的两款天线也被提出，然而这些天线的增益带宽对于想要同时覆盖上述两个频率范围而言仍然是不够宽，尤其是在低频带。对于低频带来说，根据0-dB最小增益需求，每个天线的增益带宽分别是1164-1239 MHz和1150-1220 MHz，而GLONASS-L2(1243-1252MHz), GALILEO-E6 (1260-1300MHz)和COMPASS -B3（1258-1278 MHz）在频带外。并且，由于频带边缘频率处增益显著下降，使得频带边缘的性能与中间频带的性能相比差很多。

现有技术中并没有出现一种能完全覆盖所有的GNSS频带（1164-1300 MHz和1559-1610 MHz），且其体积小，辐射性能优越的天线。

因此，现有技术还有待于改进和发展。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种宽带电容耦合层叠GNSS天线，旨在解决现有技术中天线不具有能有效提高天线带宽，且能完全覆盖两个卫星导航系统频带的问题。

本发明的技术方案如下：

一种宽带电容耦合层叠GNSS天线，其中，所述天线由上到下依次设置有第一介质层、第二介质层、第三介质层和PCB板；其中，所述第一介质层的上表面连接有一上层辐射贴片，所述第一介质层的下表面通过一小圆盘与第二介质层的上表面连接，所述第二介质层的下表面通过一下层辐射贴片与第三介质层的上表面连接，所述第三介质层的下表面与所述PCB板的反射板连接；具体地，还包括有馈电探针，所述馈电探针贯穿于所述第二介质层、第三介质层和PCB板，所述馈电探针的一端连接于起电容作用的小圆盘，所述馈电探针的另一端连接于所述PCB板的馈电网络层。

所述宽带电容耦合层叠GNSS天线，其中，所述上层辐射贴片的形状为正方形或圆形；所述下层辐射贴片的形状为正方形或圆形。

所述宽带电容耦合层叠GNSS天线，其中，当所述上层辐射贴片的形状为圆形时，在所述上层辐射贴片对称设置有N个用于调节天线谐振频率的短截线结构；其中N为4的整数倍；

当所述下层辐射贴片的形状为圆形时，在所述下层辐射贴片上对称设置有N个用于调节天线谐振频率的短截线结构；其中N为4的整数倍。

所述宽带电容耦合层叠GNSS天线，其中，所述下层辐射贴片的半径大于所述上层辐射贴片的半径；其中所述下层辐射贴片用于低频段，所述上层辐射贴片用于高频段。

所述宽带电容耦合层叠GNSS天线，其中，所述天线包括有4根馈电探针。

所述宽带电容耦合层叠GNSS天线，其中，所述4个馈电探针分别到所述天线的中心轴上的距离相等，且相邻两个馈电探针之间的相位差为90°。

所述宽带电容耦合层叠GNSS天线，其中，所述PCB板的上表面为一用于与所述第三介质层下表面连接的反射板，所述PCB板的下表面为一用于放置馈电网络层的馈电网络层。

所述宽带电容耦合层叠GNSS天线，其中，所述馈电网络层由3个wilkson功分器和3个宽带相移器所组成。