[發明專利]一種小型化北斗導航天線陣元

在審

• 申請號: 201410347130.2
• 申請日: 2014-07-21
• 公開（公告）號: CN105281024A
• 公開（公告）日: 2016-01-27
• 發明（設計）人: 劉崢;李峰;武成峰;林思剛;張叢巨
• 申請（專利權）人: 北京自動化控制設備研究所
• 主分類號: H01Q1/38
• 分類號: H01Q1/38;H01Q1/52;H01Q1/50
• 代理公司: 核工業專利中心 11007
• 代理人: 高尚梅;劉昕宇

技術領域

本發明屬于天線陣元，具體涉及一種小型化北斗導航天線陣元。

背景技術

衛星導航天線的基本工作原理是同時能夠接收到來自于天空中多顆(不少于4顆)導航衛星的電磁信號，并有效地將其轉化為電信號傳遞給后級接收機系統。隨著空間電磁環境的復雜化，能夠實現抗干擾接收衛星信號的天線陣列得到日益增加的客戶需求與青睞。而微帶天線因為具有剖面低、易實現圓極化、易加工等優點，成為了衛星導航天線陣列的首選陣元形式。隨著天線陣列的小型化需求日漸強烈，天線陣列設計者往往將天線陣元間距縮小，從而減小陣面口徑。但為了達到天線陣列工作的優良性能，天線陣元間距的調節不能夠被壓縮得過小，這一間距與工作頻率空間波長存在必然聯系，因此通過縮短陣元間距實現天線陣列小型化的手段是存在極限的。而當達到這一極限時，若想進一步壓縮天線陣列的體積，并且在天線陣元間距較小時，減輕陣元之間的互耦現象，則需要將天線陣元進行小型化設計。

常見的微帶天線小型化技術中，最有效的方法就是選擇介電常數更高的介質基板設計微帶天線。以矩形微帶天線為例，天線上表面的金屬層矩形邊長約等于工作頻率波長/2/。但隨著微帶天線介質基板介電常數的升高，介質的電磁損耗也相應增加。而且在設計在介電常數過高的介質基板上的微帶天線對尺寸的變化過為敏感，給天線的調試工作增加了難度。

目前采用較多的高介電常數介質基板原料為玻璃布板、PTFE及陶瓷復合材料，介電常數可以達到10～16之間，如美國的Rogers、Arlon等高檔材料廠商所提供的板材最高介電常數均在10.2～10.9之間；而陶瓷含量96％以上的陶瓷介質基板介電常數可以達到20以上，甚至80或更高。通過綜合衡量，使用介電常數20的陶瓷基板設計的邊長為35mm的北斗導航天線陣元具有最好的尺寸、性能綜合水平。而使用介電常數10.9的復合介質基板設計的傳統北斗導航微帶天線尺寸至少在40mm以上。

另一種常用的微帶天線小型化方法是通過圖形設計延長表面電流路徑，等效擴展天線陣元上表面金屬層面積，從而使天線諧振在更低的工作頻率。這種方法通常在矩形微帶天線表面金屬的邊緣開槽，以延長電流路徑。但開槽的數量、深度、寬度等因素都會影響天線的正常工作，因此比較保險的做法是只在每條邊開一條槽。因此對于天線工作頻點的降低相應非常有限。

使用陶瓷基板制作微帶天線雖然很容易實現天線小型化的目的，但是由于陶瓷本身帶來的易碎、易裂等諸多工藝性問題，在很多對天線陣列可靠性要求較高的場合不宜使用。

發明內容

本發明的目的是針對現有技術的缺陷，提供一種小型化北斗導航天線陣元。

本發明是這樣實現的：一種小型化北斗導航天線陣元，其中，包括天線陣元諧振輻射體，該天線陣元諧振輻射體為立方體或圓柱體，天線陣元諧振輻射由介質基板構成，在天線陣元諧振輻射體的上、下表面分別設置上表面金屬層和下表面金屬層，在下表面金屬層的一側開若干金屬化盲孔，在天線陣元諧振輻射上開有兩個通孔，該兩個通孔用于設置天饋電路，在下表面金屬層一側，下表面金屬層與天饋電路之間設置安全間距。

如上所述的一種小型化北斗導航天線陣元，其中，所述的金屬化盲孔為盲孔中鍍金屬層，相鄰金屬化盲孔的最小間距5mm，金屬化盲孔深1.5mm。

如上所述的一種小型化北斗導航天線陣元，其中，當天線陣元諧振輻射體為立方體時，邊長約為北斗導航頻點波導波長的1/2，厚度0.07mm，在天線陣元諧振輻射的四個角上設置固定螺釘孔。

本發明的效果是：本發明與采用同樣介質基板的傳統微帶天線相比，根據盲孔參數的改變，面積可以減小約達23％以上。但由于天線口徑減小，天線的輻射效率及帶寬也會減小。當以同樣陣元間距進行天線陣列設計時，不僅可以得到更小的陣列口徑面積，同時可以減小陣元之間的互耦。用本發明在介電常數為10.9的高頻復合介質基板上所設計的北斗導航天線陣元可以達到使用介電常數為21的陶瓷基板設計的35mm邊長天線陣元尺寸，從而解決了使用陶瓷微帶天線工藝性差的問題。

附圖說明

圖1是小型化北斗導航天線陣元俯視圖；

圖2是小型化北斗導航天線陣元底視圖；

圖3是小型化北斗導航天線陣元剖視圖；

圖4是小型化北斗導航天線陣元工作原理圖。

圖中：1.天線陣元諧振輻射體、2.天饋電路、3.介質基板、4.上表面金屬層、5.固定螺釘孔、6.下表面金屬層、7.金屬化盲孔、8.安全間距。

具體實施方式