CN102938496A - 宽频带测量型天线 - Google Patents

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Abstract

本发明宽频带测量型天线主要用于卫星导航精密测量和多系统导航信号集成监测中。该天线主要包括中间开孔的微带印制板、十字交叉印刷振子、三维扼流圈、S馈电线、辅助电缆以及支撑架。印刷振子通过固定夹安装在三维扼流圈中，并通过腐蚀在振子背面的宽带馈电网络进行馈电；四根半钢电缆穿过三维扼流圈底部实现对微带印制板的馈电。本发明具有宽频带、优良的低仰角起伏、宽角度圆极化轴比和高相位中心稳定度，可同时覆盖GPS、北斗等所有导航系统频段。

Description

宽频带测量型天线
技术领域
本发明涉及一种卫星导航天线，特别是一种宽频带高相位中心稳定度测量型天线。
背景技术
随着美国GPS系统、俄罗斯GLONASS系统、Galileo系统以及我国“北斗二号”卫星导航定位系统的不断发展，卫星导航精密测量技术已经广泛应用于经济建设和科学研究的诸多领域，尤其是大地测量学及其相关学科领域，包括海洋大地测量学、资源勘探、工程测量与工程变形监测等。宽频带高精度测量型天线作为监测接收机的重要组成部分，它的性能直接关系到接收机测量精度的大小，其中天线的相位中心变化和多径效应是接收机系统中的显著误差源，而天线的低仰角增益则影响接收机的灵敏度。目前，国内外高精度测量型天线普遍采用双层微带或者振子形式，频率仅可覆盖1.1GHZ～1.6GHZ，并不能覆盖北斗二期的2.491GHZ频率。
发明内容
本发明的技术解决问题：克服现有天线带宽的不足，提供一种宽频带高相位中心稳定度测量型天线，该天线能够实现宽频带特性、高相位中心稳定度特性、高多径抑制特性。
本发明的技术解决方案：宽频带测量型天线，包括三维扼流圈、十字交叉印刷振子、固定夹、微带印制板、微带地板、S馈电线、辅助电缆、支撑支架、底盘内心、底盘、电桥盒、电桥印制板、振子馈电线；底盘内心固定安装在底盘内，底盘内心中心刻有圆槽，圆槽底面与十字交叉印刷振子安装面平齐，振子馈电线非金属部分与圆槽底面平齐；十字交叉印刷振子利用固定夹固定在底盘上，底盘固定安装在三维扼流圈内，底盘上表面过底盘内心正交刻有卡槽，卡槽正交中心位置与圆槽中心位置重合，卡槽深度与圆槽深度一致；电桥印制板安装在电桥盒内，电桥盒固定安装在三维扼流圈底部；振子馈电线内导体两端分别与十字交叉印刷振子的印制线和电桥印制板焊接在一起；微带印制板固定安装在微带地板上，微带地板通过支撑支架固定安装在底盘上；S馈电线内导体两端分别与微带印制板和电桥印制板焊接在一起，S馈电线和辅助电缆的外金属层分别与微带地板和底盘内心焊接在一起。
所述的十字交叉印刷振子包括凹振子臂、凸振子臂、辐射臂、第一馈电印制线和第二馈电印制线；在凹振子臂中间位置刻有插槽，在凸振子臂中间与凹振子臂互补的位置上也刻有插槽，凹振子臂和凸振子臂通过插槽正交安插在一起；凹振子臂两面分别腐蚀辐射臂和第一馈电印制线；凸振子臂两面分别腐蚀辐射臂和第二馈电印制线。
所述的微带印制板为中空微带，中间孔为金属化孔。
所述的S馈电线和辅助电缆由SFT-50-3型半钢电缆加工而成。
所述的底盘内心和微带地板均为铜制材料。
所述的第二馈电印制线包括输入传输线、调谐段、第一阻抗变换段、第二阻抗变换段、半圆弧段和末端枝节；所述的第一馈电印制线的半圆弧段尺寸与第二馈电印制线中的半圆弧段一致，弯曲方向相反。
本发明与现有技术相比的优点在于：
(1)增加了十字交叉印刷振子上部的微带印制板，使该天线覆盖了目前所有导航系统的所有频率。
(2)本发明采用对称结构的十字交叉印刷振子和多馈点微带印制板，产生轴对称远区辐射场特性，使该天线具有高稳定的相位中心性能和优良的低仰角特性。
(3)本发明采用微带形式的十字交叉印刷振子和振子馈电线代替原金属振子和馈电线，加工简单，成本低廉。
附图说明
图1为宽频带测量型天线示意图；
图2为十字交叉印刷振子凹振子臂示意图；
图3为十字交叉印刷振子凸振子臂示意图；
图4为十字交叉印刷振子安装底盘示意图；
图5为十字交叉印刷振子安装底盘内心示意图；
图6为十字交叉印刷振子馈电线示意图。
具体实施方式
本发明宽频带测量型天线的工作和设计原理是：天线的工作带宽由两个方面决定的，一是天线的阻抗带宽，即天线的驻波，二是天线的方向图带宽，即方向图的形状和增益，二者都要满足系统要求的带宽才是天线的工作带宽。一般的振子天线阻抗带宽很窄，本发明采用的十字交叉印刷振子，利用微带线背馈的形式馈电，并利用Balun实现宽带匹配，其阻抗带宽可达到一个或者几个倍频程，影响该天线的带宽的因素一般是天线的方向图带宽。振子天线一般是双向辐射，正常使用时必须加反射腔或吸波材料，来反射或吸收反向辐射的电磁波；而天线的带宽一般不到一个倍频程，如采用吸波材料，天线的增益太低，所以这里采用平底反射腔并叠层微带的方式，实现对L、S频段导航信号的覆盖。微带天线的馈电位置决定了输入阻抗，S频段馈电位置距离中心较近，普通微带馈电线会与下方振子产生干涉，所以这里采用微带贴片中心开孔并金属化的方式实现馈电点的外移，保证上下层的兼容性。根据要求，高精度测量天线要求有稳定的相位中心，因此天线在结构上的对称性必须保证，十字交叉印刷振子馈电线和振子臂的精度通过印制板腐蚀来保障，一般在0.02mm左右；振子安装精度通过在安装在底盘开定位槽的方式实现，并利用安装夹进行固定。
图1为宽频带测量型天线示意图，图2为十字交叉印刷振子凹振子臂示意图，图3为十字交叉印刷振子凸振子臂示意图。如图2、图3所示，凹振子臂14和凸振子臂15通过互补开槽实现正交安装，凹振子臂14、凸振子臂15的厚度在0.5mm～0.8mm，利用固定夹3将正交的印刷振子紧固后，安装在底盘内心9和底盘10的组合件上；S馈电线6、辅助电缆7、支撑支架8安装在底盘内心9、底盘10的组合件上之后，将微带印制板4和微带地板5依次安装在他们之上，并将S馈电线6的外导体与铜制的微带地板5、底盘内心9进行焊接，保证信号良好接地；同时辅助电缆7的外金属层也需与铜制的微带地板5、底盘内心9进行焊接，保证天线单元在结构上的对称性。振子馈电线13两端分别与电桥印制板12和十字交叉印刷振子2的馈电线焊接。
图2、图3分别是十字交叉印刷振子2凹凸的两个振子臂，他们在互补的位置上加工出宽度在0.9mm～1.1mm的插槽，使两个振子臂能够正交安装在一起；两个振子臂一面腐蚀出两个L形的辐射臂16，另一面分别腐蚀出第一馈电印制线17和第二馈电印制线19，其设计原理主要就是利用交叉振子的结构对称性获得宽频带方向图，利用微带巴伦实现宽频带的阻抗特性。凹振子臂14和凸振子臂15通过互补开槽实现正交安装。图2中辐射臂16的长宽高三边长度分别为44.5mm、53.5mm、10mm。
图6为第二馈电印制线19的示意图，其中输入传输线25与50欧姆的振子馈电线13相连接，输入传输线25的特性阻抗为50欧姆，长宽分别为7mm和1.8mm，调谐段26的长宽分别为6mm，4.5mm，第一阻抗变换段27的长宽分别为20mm，1.8mm，第二阻抗变换段28的长宽分别为16mm，1mm，半圆弧段29的内外半径分别为1.25mm，2.25mm，末端枝节30的长宽分别为13mm，1mm。第一馈电印制线17的结构组成与第二馈电印制线19一致，仅半圆弧段的弯曲方向与第二馈电印制线19相反，以防两条印制线相交。
图4中卡槽20深度为0.8mm～1mm，卡槽20宽度取决于凹振子臂14和凸振子臂15的厚度，其宽度在凹振子臂14和凸振子臂15厚度的基础上增加0.1mm～0.2mm，十字交叉印刷振子2在安装至卡槽20后，通过四组固定夹3紧固在底盘10上。
图5中圆槽21深度与卡槽20一致，半径为12mm～15mm。底盘内心9为铜制基材或者采用铝制镀镍的方式，保证与S馈电线6、辅助电缆7外导体的牢固焊接。
本宽频带测量型天线利用上层微带印制板4接收北斗二期的2.491GHZ信号，利用十字交叉印刷振子2接收1.1GHZ～1.6GHZ的信号，通过三维扼流圈1对电磁场进行整合后，经过振子馈电线13和S馈电线6传输到电桥印制板12，完成信号的对外输出。

Claims (6)

1.宽频带测量型天线，其特征在于：包括三维扼流圈(1)、十字交叉印刷振子(2)、固定夹(3)、微带印制板(4)、微带地板(5)、S馈电线(6)、辅助电缆(7)、支撑支架(8)、底盘内心(9)、底盘(10)、电桥盒(11)、电桥印制板(12)、振子馈电线(13)；底盘内心(9)固定安装在底盘(10)内，底盘内心(9)中心刻有圆槽(21)，圆槽(21)底面与十字交叉印刷振子(2)安装面平齐，振子馈电线(13)非金属部分与圆槽(21)底面平齐；十字交叉印刷振子(2)利用固定夹(3)固定在底盘(10)上，底盘(10)固定安装在三维扼流圈(1)内，底盘(10)上表面过底盘内心(9)正交刻有卡槽(20)，卡槽(20)正交中心位置与圆槽(21)中心位置重合，卡槽(20)深度与圆槽(21)深度一致；电桥印制板(12)安装在电桥盒(11)内，电桥盒(11)固定安装在三维扼流圈(1)底部；振子馈电线(13)内导体两端分别与十字交叉印刷振子(2)的印制线和电桥印制板(12)焊接在一起；微带印制板(4)固定安装在微带地板(5)上，微带地板(5)通过支撑支架(8)固定安装在底盘(10)上；S馈电线(6)内导体两端分别与微带印制板(4)和电桥印制板(12)焊接在一起，S馈电线(6)和辅助电缆(7)的外金属层分别与微带地板(5)和底盘内心(9)焊接在一起。
2.根据权利要求1所述的宽频带测量型天线，其特征在于：所述的十字交叉印刷振子(2)包括凹振子臂(14)、凸振子臂(15)、辐射臂(16)、第一馈电印制线(17)和第二馈电印制线(19)；在凹振子臂(14)中间位置刻有插槽，在凸振子臂(15)中间与凹振子臂(14)互补的位置上也刻有插槽，凹振子臂(14)和凸振子臂(15)通过插槽正交安插在一起；凹振子臂(14)两面分别腐蚀辐射臂(16)和第一馈电印制线(17)；凸振子臂(15)两面分别腐蚀辐射臂(16)和第二馈电印制线(19)。
3.根据权利要求1所述的宽频带测量型天线，其特征在于：所述的微带印制板(4)为中空微带，中间孔为金属化孔。
4.根据权利要求1所述的宽频带测量型天线，其特征在于：所述的S馈电线(6)和辅助电缆(7)由SFT-50-3型半钢电缆加工而成。
5.根据权利要求1所述的宽频带测量型天线，其特征在于：所述的底盘内心(9)和微带地板(5)均为铜制材料。
6.根据权利要求1所述的宽频带测量型天线，其特征在于：所述的第二馈电印制线(19)包括输入传输线(25)、调谐段(26)、第一阻抗变换段(27)、第二阻抗变换段(28)、半圆弧段(29)和末端枝节(30)；所述的第一馈电印制线(17)的半圆弧段尺寸与第二馈电印制线(19)中的半圆弧段(29)一致，弯曲方向相反。
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