CN103138047A - 一种双频高低仰角增益gnss天线 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种双频高低仰角增益GNSS天线，工作在GPS（L1）和BD-2（B3）频段，包括天线罩、GPS辐射单元、GPS承载基板、BD辐射单元、BD承载基板、低噪声放大器、散热金属板、耦合馈电探针。所述GPS辐射单元和BD辐射单元为印刷电路板，在BD辐射贴片上开一小孔，采用探针耦合的方式对BD进行馈电，GPS单元采用直接和馈电探针连接，BD&GPS单元探针出线和低噪声放大器连接，最后通过同轴线和N型接头和接收机连接。本发明天线的主要应用是GNSS功能，具有GPS/BD-2双频工作特性，具有很高的低仰角增益，且成本低廉，可以很好的实现GPS和BD多星座的位置、导航和授时功能。
Description
技术领域
本发明涉及一种双频高低仰角增益GNSS天线，适用于GPS（L1）和BD-2（B3）频段，具有双频工作、高低仰角增益、成本低廉等特性，属于卫星导航信号传输设备部件技术领域。
背景技术
GNSS(全球导航卫星系统)，又称天基PNT(定位、导航、授时)系统，其关键作用是提供时间/空间基准和所有与位置相关的实时动态信息，业已成为国家重大的空间和信息化基础设施，也成为体现现代化大国地位和国家综合国力的重要标志。它是经济安全、国防安全、国土安全和公共安全的重大技术支撑系统和战略威慑基础资源，也是建设和谐社会、服务人民大众、提升生活质量的重要工具。由于其广泛的产业关联度和与通信产业的融合度，能有效地渗透到国民经济诸多领域和人们的日常生活中，成为高技术产业高成长的助推器，成为继移动通信和互联网之后的全球第三个发展得最快的电子信息产业的经济新增长点。
近些年我国加大了卫星导航方面的投入，组建了北斗卫星导航系统。卫星导航系统的发展方向变为：从单一GPS转变为多星座并存兼容的GNSS，从卫导为主体转变为PNT与移动通信、因特网等信息载体融合，从经销应用产品为主逐步转为运营服务为主，从室外导航转变为室内外无缝导航。几大趋势发展的直接结果是应用领域扩大，应用规模跃升，大众化市场和产业化服务迅速形成。
卫星导航天线也从传统的GPS单频点工作变为GPS和BD共同工作的适应多系统的天线。如何解决圆极化天线的多频工作以及良好的低仰角特性问题亟待解决。
发明内容
本发明目的是为了克服现有技术的不足而提出了一种双频、高低仰角增益的应用于GNSS的天线。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种双频高低仰角增益GNSS天线，包括天线罩、GPS辐射单元、GPS承载基板、BD辐射单元、BD承载基板、低噪声放大器、散热金属板、耦合馈电探针、同轴电缆；所述GPS辐射单元设置在GPS承载基板上；所述BD辐射单元设置在BD承载基板；所述GPS辐射单元和BD辐射单元均为印刷电路板；所述BD辐射单元开一小孔；所述耦合馈电探针穿过所述小孔对BD辐射单元进行馈电；所述GPS辐射单元直接和耦合馈电探针连接；所述BD辐射单元、GPS辐射单元设置探针出线和低噪声放大器连接；所述低噪声放大器设置在散热金属板上；所述天线罩与散热金属板形成一个密闭空间；所述空间包裹GPS辐射单元、GPS承载基板、BD辐射单元、BD承载基板、低噪声放大器；所述同轴电缆的一端穿过散热金属板与低噪声放大器相连；所述同轴电缆的另一端与N型接头连接。
优选的，所述天线罩由ABS或聚四氟乙烯环氧玻璃布制成。
优选的，所述GPS辐射单元采用PCB工艺制作，采用中心馈电，切角实现圆极化辐射，并在四周添加调节支节。
优选的，所述BD辐射单元采用PCB工艺制作，采用中心馈电，切角实现圆极化辐射，并在四周添加调节支节；所述BD辐射单元通过穿过其馈电点的耦合馈电探针馈电；所述BD辐射单元上的探针不直接和BD辐射单元上的BD辐射贴片连接。
优选的，所述低噪声放大器工作在GPS和BD频段，噪声系数为1.5dB，增益为20dB。
优选的，所述双频高低仰角增益GNSS天线为单端口馈电，且呈旋转对称分布。
由于上述技术方案的运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：
本发明所述双频高低仰角增益GNSS天线主要应用是GNSS功能，具有GPS和BD双频工作特性，具有很高的低仰角增益，且成本低廉，可以很好的实现GPS和BD多星座的位置、导航和授时功能。
附图说明
下面结合附图对本发明技术方案作进一步说明：
附图1为本发明所述的双频高低仰角增益GNSS天线的结构示意图；
附图2为GPS辐射单元；
附图3为BD辐射单元；
附图4为本发明所述的双频高低仰角增益GNSS天线的驻波；
附图5为本发明所述的双频高低仰角增益GNSS天线的GPS辐射单元的辐射方向图；
附图6为本发明所述的双频高低仰角增益GNSS天线的BD辐射单元的的辐射方向图；
其中：1、天线罩；2、GPS辐射单元；3、GPS承载基板；4、BD辐射单元；5、BD承载基板；6、低噪声放大器；7、散热金属板；8、同轴电缆；9、N型接头；10、耦合馈电探针。
具体实施方式
如附图1-3所示为本发明的一种双频高低仰角增益GNSS天线，包括天线罩1、GPS辐射单元2、GPS承载基板3、BD辐射单元4、BD承载基板5、低噪声放大器6、散热金属板7、耦合馈电探针10、同轴电缆8；所述GPS辐射单元2设置在GPS承载基板3上；所述BD辐射单元4设置在BD承载基板5；所述GPS辐射单元2和BD辐射单元4均为印刷电路板；所述BD辐射单元4开一小孔；所述耦合馈电探针10穿过所述小孔对BD辐射单元4进行馈电；所述GPS辐射单元2直接和耦合馈电探针10连接；所述BD辐射单元4、GPS辐射单元2均设置探针出线（未标出）和低噪声放大器6连接；所述低噪声放大器6设置在散热金属板7上；所述天线罩1与散热金属板7形成一个密闭空间；所述空间包裹GPS辐射单元2、GPS承载基板3、BD辐射单元4、BD承载基板5、低噪声放大器6；所述同轴电缆8的一端穿过散热金属板7与低噪声放大器6相连；所述同轴电缆8的另一端与N型接头9连接；所述天线罩1由ABS制成或由聚四氟乙烯环氧玻璃布敷制。所述GPS辐射单元2采用PCB工艺制作，采用中心馈电，切角实现圆极化辐射，并在四周添加调节支节（未标出）；所述BD辐射单元4采用PCB工艺制作，采用中心馈电，切角实现圆极化辐射，并在四周添加调节支节；所述BD辐射单元4通过穿过其馈电点的耦合馈电探针10馈电；所述BD辐射单元4上的探针（未标出）不直接和BD辐射单元4上的BD辐射贴片连接。所述低噪声放大器6工作在GPS和BD频段，噪声系数为1.5dB，增益为20dB。
所述双频高低仰角增益GNSS天线为单端口馈电，且呈旋转对称分布。
所述GPS辐射单元、BD辐射单元均采用中点馈电切角的方法实现圆极化，BD承载基板5采用Rogers5880，介电常数为2.2，GPS承载基板3采用Arlon AD600，介电常数为6.15，通过合理的设计可以将GPS辐射单元2的辐射贴片放置在BD辐射单元4的辐射贴片上面，BD辐射单元4的辐射贴片同时作为GPS的地，形成谐振腔工作在GPS（L1）频段。BD辐射单元4的馈电通过耦合馈电探针10耦合的方式，耦合馈电探针10并不直接和BD辐射单元4的辐射贴片相连接，而是通过孔缝间的耦合作用使得天线工作在BD（B3）频段。BD辐射单元4与GPS辐射单元2的辐射贴片形状都为正方形切角，BD辐射单元的边长为76.5mm，约为 
，GPS辐射单元2的边长约为
，调节切角和馈电点的位置可以调整天线的驻波和轴比。最终天线的性能天线如表1。由于卫导信号为一弱信号，为了进行接收通常需要集成低噪声放大器进行一体化设计，本发明采用噪声系数为1.5dB的低噪声放大器实现。
表1 天线的辐射性能
表2 低噪声放大器性能
本发明方案的驻波见附图4，本发明方案的的GPS辐射单元的辐射方向图见附图5；本发明方案的的BD辐射单元的辐射方向图见附图6。 (新增的内容)
由于上述技术方案的运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：
本发明所述双频高低仰角增益GNSS天线主要应用是GNSS功能，具有GPS和BD双频工作特性，具有很高的低仰角增益，且成本低廉，可以很好的实现GPS和BD多星座的位置、导航和授时功能。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。
Claims (6)
1.一种双频高低仰角增益GNSS天线，其特征在于：包括天线罩、GPS辐射单元、GPS承载基板、BD辐射单元、BD承载基板、低噪声放大器、散热金属板、耦合馈电探针、同轴电缆；所述GPS辐射单元设置在GPS承载基板上；所述BD辐射单元设置在BD承载基板上；所述GPS辐射单元和BD辐射单元均为印刷电路板；所述BD辐射单元开一小孔；所述耦合馈电探针穿过所述小孔对BD辐射单元进行馈电；所述GPS辐射单元直接和耦合馈电探针连接；所述BD辐射单元、GPS辐射单元设置探针出线和低噪声放大器连接；所述低噪声放大器设置在散热金属板上；所述天线罩与散热金属板形成一个密闭空间；所述空间包裹GPS辐射单元、GPS承载基板、BD辐射单元、BD承载基板、低噪声放大器；所述同轴电缆的一端穿过散热金属板与低噪声放大器相连；所述同轴电缆的另一端与N型接头连接。
2.根据权利要求1所述的双频高低仰角增益GNSS天线，其特征在于：所述天线罩由ABS或聚四氟乙烯环氧玻璃布制成。
3.根据权利要求1所述的双频高低仰角增益GNSS天线，其特征在于：所述GPS辐射单元采用PCB工艺制作，采用中心馈电，切角实现圆极化辐射，并在四周添加调节支节。
4.根据权利要求1所述的双频高低仰角增益GNSS天线，其特征在于：所述BD辐射单元采用PCB工艺制作，采用中心馈电，切角实现圆极化辐射，并在四周添加调节支节；所述BD辐射单元通过穿过其馈电点的耦合馈电探针馈电；所述BD辐射单元上的探针不直接和BD辐射单元上的BD辐射贴片连接。
5.根据权利要求1所述的双频高低仰角增益GNSS天线，其特征在于：所述低噪声放大器工作在GPS和BD频段，噪声系数为1.5dB，增益为20dB。
6.根据权利要求1所述的双频高低仰角增益的GNSS天线，其特征在于：所述双频高低仰角增益GNSS天线为单端口馈电，且呈旋转对称分布。
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