CN105322292B - 一种七元北斗b3抗干扰阵列天线 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种七元北斗B3抗干扰阵列天线，属于天线领域。所述天线包括：天线腔体、七个贴片天线以及馈电网络，所述天线腔体上设有七个金属腔体，一个所述金属腔体设置在所述天线腔体的中心，另外六个所述金属腔体设置在以所述天线腔体中心的所述金属腔体为圆心的圆周上，且另外六个所述金属腔体等分所述圆周，所述七个贴片天线分别设置在所述七个金属腔体上且处于所述天线腔体的同一面，所述馈电网络被封装在所述七个金属腔体内且位于贴片天线与天线腔体之间，每个所述贴片天线上分别设置有两个与所述馈电网络电连接的馈电点。该天线可以有效抑制至少来自六个干扰源来波方向的干扰，能够满足B3频段内快速导航定位和较强抗干扰特性的需求。

Description

一种七元北斗B3抗干扰阵列天线

技术领域

本发明涉及北斗导航系统天线阵列，特别涉及一种七元北斗B3抗干扰阵列天线。

背景技术

近年来，随着卫星导航技术的发展，卫星导航技术已经在军事、科研、农业等多个领域得到了广泛应用。目前，具有全球导航定位能力的卫星导航系统有美国的GPS(GlobalPositioning System，全球定位系统)、俄罗斯的GLONASS(Global Navigation SatelliteSystem，全球导航卫星系统)、欧洲的Galileo等。而中国的北斗卫星导航系统北斗二代也将在2020年左右完成覆盖全球的导航定位卫星发射的工作，届时北斗二代将成为真正的全球导航定位系统。

随着北斗卫星导航系统在军用、民用领域的发展，其在复杂电磁环境下的使用场合增多，以及北斗卫星导航系统自身的易受干扰等弱点，需要在某些特殊应用场合中考虑相应的抗干扰措施。而阵列天线作为抗干扰系统的一部分受到越来越多的重视。目前国内开发的北斗二代抗干扰天线主要有四阵元阵列天线，该阵列天线采用单馈电点实现方式。

在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题：

这种四阵元阵列天线由于采用单馈电点馈电方式，全频段内各频点的轴比方向图特性一般，影响其在北斗二代B3频段的右旋圆极化纯度和天线在不同方向极化信号增益的大小，故难以满足较强抗干扰特性的工程需求。

发明内容

为了解决现有技术中四阵元阵列天线全频段内各频点的轴比方向图特性一般，难以满足较强抗干扰特性的工程需求的问题，本发明实施例提供了一种七元北斗B3抗干扰阵列天线。所述技术方案如下：

本发明实施例提供了一种七元北斗B3抗干扰阵列天线，所述天线包括：

天线腔体、七个贴片天线以及馈电网络，所述天线腔体上设有七个金属腔体，一个所述金属腔体设置在所述天线腔体的中心，另外六个所述金属腔体设置在以所述天线腔体中心的所述金属腔体为圆心的圆周上，且另外六个所述金属腔体等分所述圆周，所述七个贴片天线分别设置在所述七个金属腔体上且处于所述天线腔体的同一面，所述馈电网络被封装在所述七个金属腔体内且位于所述贴片天线与所述天线腔体之间，每个所述贴片天线上分别设置有两个与所述馈电网络电连接的馈电点，所述馈电网络包括七个一分二Wilkinson功率分配器，每个所述一分二Wilkinson功率分配器分别与一个所述贴片天线电连接，所述七个一分二Wilkinson功率分配器分别设置在所述七个金属腔体内。

在本发明实施例的一种实现方式中，所述贴片天线包括：

用于作为辐射面的矩形贴片、用于作为地面的圆形贴片以及设于所述矩形贴片和所述圆形贴片间的介质层，所述圆形贴片夹设于腔体和所述矩形贴片之间。

在本发明实施例的另一种实现方式中，所述馈电点设置在所述矩形贴片上，每个所述矩形贴片上的两个所述馈电点到所述矩形贴片的中心的距离相等，且两个所述馈电点与所述矩形贴片的中心的连线的夹角呈90°。

在本发明实施例的另一种实现方式中，所述贴片天线还包括：

设在所述矩形贴片四周的金属化孔以及与所述金属化孔匹配的螺栓，所述矩形贴片与所述金属腔体通过所述金属化孔和螺栓连接。

在本发明实施例的另一种实现方式中，所述一分二Wilkinson功率分配器包括：分别连接两个所述馈电点的输出端口、以及与所述馈电网络的馈电部分连接的输入端口，所述两输出端口间设有隔离电阻。

在本发明实施例的另一种实现方式中，所述天线还包括馈电针，所述天线腔体上设有金属过孔，所述馈电针穿过所述金属过孔，且所述馈电针的一端连接所述馈电网络的输出端口，所述馈电针的另一端与所述贴片天线的馈电点连接。

在本发明实施例的另一种实现方式中，所述馈电针与所述贴片天线焊接。

在本发明实施例的另一种实现方式中，所述天线还包括天线罩，所述天线罩罩在所述天线腔体上。

在本发明实施例的另一种实现方式中，所述天线罩为玻璃钢天线罩。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

通过在天线腔体上设置七个用来安装贴片天线的金属腔体，一个金属腔体设置在天线腔体中心，另外六个金属腔体设置在以天线腔体中心的金属腔体设置为圆心的圆周上，且另外六个金属腔体等分圆周，处于圆心上贴片天线方向图具有零陷特性以及较宽的波束宽度，可以有效阻止来自法向干扰源来波方向的干扰，设置在圆周上的六个贴片天线之间的相互耦合作用，有效展宽圆心上贴片天线各频点的波束宽度；天线腔体的设计，有效改善天线低仰角的增益特性；且采用双馈电方式可以解决阻抗带宽相对窄，轴比特性一般的问题；综上，该天线可以有效抑制至少来自六个干扰源来波方向的干扰，能够满足B3频段内快速导航定位和较强抗干扰特性的需求。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的七元北斗B3抗干扰阵列天线的侧视图；

图2是本发明实施例提供的七元北斗B3抗干扰阵列天线中天线腔体的结构示意图；

图3是本发明实施例提供的七元北斗B3抗干扰阵列天线中贴片天线的结构示意图；

图4是本发明实施例提供的七元北斗B3抗干扰阵列天线中功率分配器的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

实施例

本发明实施例提供了一种七元北斗B3抗干扰阵列天线，参见图1～4，该天线包括：

天线腔体101、七个贴片天线102以及馈电网络103，天线腔体101上设有七个金属腔体1011，一个金属腔体1011设置在天线腔体101中心，另外六个金属腔体1011设置在以天线腔体101中心的金属腔体1011为圆心的圆周上，且另外六个金属腔体1011等分圆周，七个贴片天线102分别设置在七个金属腔体1011上且处于天线腔体101的同一面，馈电网络103被封装在七个金属腔体1011内且位于贴片天线102与天线腔体101之间，每个贴片天线102上分别设置有两个与馈电网络103电连接的馈电点。天线腔体101与贴片天线102形成封闭空间，用于封装馈电网络103。

该天线工作频段为1268MHz±10.23MHz，设置在圆周上的六个贴片天线102中任意两相邻贴片天线102与处于圆心上贴片天线102构成60°夹角。处于圆心上贴片天线102具有零陷特性以及较宽的波束宽度，可以有效阻止来自法向干扰源来波方向的干扰；设置在圆周上的六个贴片天线102之间的相互耦合作用，有效展宽圆心上贴片天线102各频点的波束宽度；天线腔体101的设计，有效改善天线低仰角的增益特性。因此，该天线可以有效抑制至少来自六个干扰源来波方向的干扰。

在本实施例中，贴片天线102包括：

用于作为辐射面的矩形贴片102b、用于作为地面的圆形贴片102a以及设于矩形贴片102b和圆形贴片102a间的介质层(图未示出)，且圆形贴片102a夹设于金属腔体1011和矩形贴片102b之间。贴片天线102采用矩形贴片102b作为辐射面，采用圆形贴片102a作为地面，圆形贴片102a一般比矩形贴片102b大，而且圆形贴片102a尽可能大，天线增益才会高，但是七个圆形贴片102a不能相连，相连后，会影响天线之间的隔离度。

具体地，天线腔体101实际是在天线腔体101一侧突起金属腔体1011，金属腔体1011用于托起贴片天线102；贴片天线102的地面与天线腔体101配合形成封闭金属腔体1011，用于对馈电网络103进行封装。馈电网络103通过介质基板设置在金属腔体1011内。

具体地，在本实施例中，天线腔体101、金属腔体1011均为圆形，金属腔体1011由铝材制成，圆形贴片102a、矩形贴片102b分别附着在双面覆铜板的两面，由光刻腐蚀制成。金属腔体1011的内径要大于馈电网络103介质基板外径尺寸。

在本实施例中，馈电点设置在矩形贴片102b上，每个矩形贴片102b上的两馈电点到矩形贴片102b中心的距离相等，且每个矩形贴片102b上的两馈电点与该矩形贴片102b中心的连线的夹角呈90°，通过馈电网络103移相作用，可以在矩形贴片102b上激励出两个正交模式，这两个模式之间的相位差为90°，通过馈电网络103合成两路信号，可以在工作频段内产生相应的圆极化波。

进一步地，贴片天线102还包括：

设在矩形贴片102b四周的金属化孔以及与该金属化孔匹配的螺栓，矩形贴片102b与金属腔体1011通过金属化孔和螺栓连接，使得矩形贴片102b与馈电网络103微带线部分之间共用地衔接，增强天线的稳定性和一致性。相应地，金属腔体1011上也设有相应的安装孔1014，以保证矩形贴片102b与金属腔体1011之间的固定。

在本实施例中，馈电网络103包括七个一分二Wilkinson功率分配器，每个一分二Wilkinson功率分配器分别与一个贴片天线102电连接，实现较宽的阻抗特性和良好的右旋圆极化特性，以及方向图产生零陷特性。七个一分二Wilkinson功率分配器分别设置在七个金属腔体1011内。

一分二Wilkinson功率分配器是一个简单的三端口网络，包括：分别连接两个馈电点的输出端口103b、以及与馈电网络103的馈电部分连接的输入端口103a，两输出端口103b间设有隔离电阻103c。例如，在两输出端口103b间设置100Ω的隔离电阻103c，提高两输出端口103b之间的隔离度。输入端口103a无反射，两输出端口103b激励幅度相等。馈电网络103采用微带线的形式，通过调节微带线的不同宽度，实现从50Ω到100Ω的阻抗变换；通过调节微带线的不同长度，使输入端口103a和输出端口103b之间电长度相差为中心频率四分之一波长，输入端口103a和输出端口103b间的相位超前或滞后90°，从而实现圆极化的不同旋向。另外，输出端口103b均采用50Ω的微带线，从而实现等功率输入，展宽天线的轴比带宽。

进一步地，馈电网络103还包括：分别与七个一分二Wilkinson功率分配器的输入端口103a连接的七个移相器，通过对每个移相器的相位和幅度进行调整，从而使阵列天线对准干扰来源的来波方向产生零点，这样就可以对干扰源的信号进行阻止，达到抗干扰的目的。七个移相器分别设置在七个金属腔体1011内。

馈电网络103设置在天线腔体101同一面，通过七个金属腔体1011封装，以使天线腔体101具有屏蔽外来电磁信号的作用，同时金属腔体1011作为天线的一部分对天线辐射方向图特性有一定的影响，通过对金属腔体1011的结构和尺寸进行合理的优化，可实现方向图的零陷特性。主要是通过设置托起圆形贴片102a的金属腔体1011的高度，以及金属腔体1011外径大小的优化。具体地，通过试验可以找到最优的金属腔体1011高度和金属腔体1011外径大小来完成天线的制作，以实现方向图产生零陷特性。

进一步地，天线还包括馈电针，天线腔体101上设有金属过孔1012，馈电针穿过金属过孔1012，且馈电针的一端连接馈电网络103的输出端口103b，馈电针的另一端与贴片天线102的馈电点连接。具体地，如图2所示天线腔体101中心的金属腔体1011上设有金属过孔，金属过孔1012的位置与贴片天线102上的馈电点的位置对应。

在本实施例的一种实现方式中，馈电针与贴片天线102焊接。

进一步地，天线还包括天线罩104，天线罩104罩在天线腔体101上。在本实施例中天线罩104为圆形天线罩，天线罩104可以由玻璃钢材料制作而成，即天线罩104可以是玻璃钢天线罩。天线腔体101和天线罩104通过天线腔体101周围六个螺纹孔1013及螺栓连接紧固。

本发明实施例通过在天线腔体上设置七个用来安装贴片天线的金属腔体，一个金属腔体设置在天线腔体中心，另外六个金属腔体设置在以天线腔体中心的金属腔体设置为圆心的圆周上，且另外六个金属腔体等分圆周，处于圆心上贴片天线方向图具有零陷特性以及较宽的波束宽度，可以有效阻止来自法向干扰源来波方向的干扰，设置在圆周上的六个贴片天线之间的相互耦合作用，有效展宽圆心上贴片天线各频点的波束宽度；天线腔体的设计，有效改善天线低仰角的增益特性；且采用双馈电方式可以解决阻抗带宽相对窄，轴比特性一般的问题；综上，该天线可以有效抑制至少来自六个干扰源来波方向的干扰，能够满足B3频段内快速导航定位和较强抗干扰特性的需求。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种七元北斗B3抗干扰阵列天线，其特征在于，所述天线包括：

天线腔体、七个贴片天线以及馈电网络，所述天线腔体上设有七个金属腔体，一个所述金属腔体设置在所述天线腔体的中心，另外六个所述金属腔体设置在以所述天线腔体中心的所述金属腔体为圆心的圆周上，且另外六个所述金属腔体等分所述圆周，所述七个贴片天线分别设置在所述七个金属腔体上且处于所述天线腔体的同一面，所述馈电网络被封装在所述七个金属腔体内且位于所述贴片天线与所述天线腔体之间，每个所述贴片天线上分别设置有两个与所述馈电网络电连接的馈电点，所述馈电网络包括七个一分二Wilkinson功率分配器，每个所述一分二Wilkinson功率分配器分别与一个所述贴片天线电连接，所述七个一分二Wilkinson功率分配器分别设置在所述七个金属腔体内。

2.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述贴片天线包括：

用于作为辐射面的矩形贴片、用于作为地面的圆形贴片以及设于所述矩形贴片和所述圆形贴片间的介质层，所述圆形贴片夹设于所述金属腔体和所述矩形贴片之间。

3.根据权利要求2所述的天线，其特征在于，所述馈电点设置在所述矩形贴片上，每个所述矩形贴片上的两个所述馈电点到所述矩形贴片的中心的距离相等，且两个所述馈电点与所述矩形贴片的中心的连线的夹角呈90°。

4.根据权利要求2所述的天线，其特征在于，所述贴片天线还包括：

设在所述矩形贴片四周的金属化孔以及与所述金属化孔匹配的螺栓，所述矩形贴片与所述金属腔体通过所述金属化孔和螺栓连接。

5.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述一分二Wilkinson功率分配器包括：分别连接两个所述馈电点的输出端口、以及与所述馈电网络的馈电部分连接的输入端口，所述两输出端口间设有隔离电阻。

6.根据权利要求5所述的天线，其特征在于，所述天线还包括馈电针，所述天线腔体上设有金属过孔，所述馈电针穿过所述金属过孔，且所述馈电针的一端连接所述馈电网络的输出端口，所述馈电针的另一端与所述贴片天线的馈电点连接。

7.根据权利要求6所述的天线，其特征在于，所述馈电针与所述贴片天线焊接。

8.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述天线还包括天线罩，所述天线罩罩在所述天线腔体上。

9.根据权利要求8所述的天线，其特征在于，所述天线罩为玻璃钢天线罩。