CN105356040B - 一种全导航系统高精度天线 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种全导航系统高精度天线，包括：三维扼流圈、微带花瓣振子、微带印制板、微带地板、S电桥印制板、S电桥盒、L电桥盒、L电桥印制板、支撑支架、S馈电线；微带花瓣振子固定安装在三维扼流圈内；四个支撑支架固定安装在三维扼流圈的中央位置；微带印制板、微带地板、S电桥印制板和S电桥盒依次固定在支撑支架上；S馈电线依次穿过L电桥印制板、L电桥盒、微带花瓣振子、S电桥盒与S电桥印制板相连接；L电桥印制板和L电桥盒依次固定在三维扼流圈底部。本发明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、免调试特性。

Description

一种全导航系统高精度天线

技术领域

本发明涉及一种卫星导航天线，特别是一种覆盖所有导航系统的高相位中心稳定度天线。

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。全导航系统高精度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，大部分天线仅可覆盖部分导航系统，即使覆盖所有导航系统，天线的可加工性也比较差；由于微带天线属于谐振结构，其带宽一般不超过15％，因此采用双层微带形式的高精度天线在频带边沿，天线的整体性能也会明显恶化。金属振子形式的高精度天线，为保证阻抗的匹配性和方向图的对称性，对振子的加工精度和装配精度也提出了非常高的要求。

另外，近些年来也有人将平面螺旋天线应用于高精度导航天线领域，平面螺旋天线虽然具有很宽的驻波带宽，但是其方向图的对称性较差，且随着频率变化，方向图的一致性也较差。而国外主流产品GNSS750和AR25系列的高精度天线虽然在L波段导航领域已经广泛应用，但均不具备L/S同时覆盖的能力。

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，提供了一种全导航系统高精度天线，本发明利用微带花瓣振子天线复合四馈点微带天线的结构形式，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、免调试特性。

本发明的技术解决方案：

一种全导航系统高精度天线包括：三维扼流圈、微带花瓣振子、微带印制板、微带地板、S电桥印制板、S电桥盒、L电桥盒、L电桥印制板、支撑支架、S馈电线；微带花瓣振子固定安装在三维扼流圈内；四个支撑支架固定安装在三维扼流圈的中央位置；微带印制板、微带地板、S电桥印制板和S电桥盒依次固定在支撑支架上；S馈电线依次穿过L电桥印制板、L电桥盒、微带花瓣振子、S电桥盒与S电桥印制板相连接；L电桥印制板和L电桥盒依次固定在三维扼流圈底部。

本发明还包括：金属圆台、金属内腔、内部扼流圈、中心扼流圈、和外部扼流圈；

金属圆台位于三维扼流圈中间位置，金属圆台包含中心位置的S馈电孔和距离中心一定位置的四个L馈电孔，S馈电孔用于放置S馈电线，四个L馈电孔用于对微带花瓣振子的馈电；

金属内腔为三维扼流圈和微带花瓣振子的腔体部分；

三维扼流圈外围包含三层扼流结构，分别为内部扼流圈，中心扼流圈和外部扼流圈。

本发明与现有技术相比的有效益效果在于：

(1)本发明将S频段的天线及馈电网络均置于L波段微带花瓣振子上方，并利用贯穿其中心的S馈电线实现对S天线的馈电，减小对L波段天线的扰动，该天线不仅覆盖了目前所有导航系统的所有频率、而且相位中心稳定度和方向图的对称性都大幅提升；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的特点，可同时覆盖GPS、北斗、GLONASS、Galileo所有导航系统频段，且加工、装配简易，免于调试。本发明在覆盖所有 导航系统的所有频率方面，填补了国内外技术空白。

(2)本发明采用对称结构的四馈点微带花瓣振子天线和四馈点微带印制板，产生轴对称远区辐射场特性，进一步保证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)本发明采用四馈点微带花瓣振子天线和三维扼流圈中心的金属圆台代替原金属振子和馈电线，加工简单，成本低廉，免于调试，通用性较强。

附图说明

图1为本发明全导航系统高精度天线结构示意图；

图2为本发明微带花瓣振子结构示意图；

图3为本发明扼流圈结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的工作原理和工作过程作进一步解释和说明。

如图1所示，一种全导航系统高精度天线包括：三维扼流圈1、微带花瓣振子2、微带印制板3、微带地板4、S电桥印制板5、S电桥盒6、L电桥盒7、L电桥印制板8、支撑支架9、S馈电线10；微带花瓣振子2固定安装在三维扼流圈1内；四个支撑支架9固定安装在三维扼流圈1的中央位置；微带印制板3、微带地板4、S电桥印制板5和S电桥盒6依次固定在支撑支架9上；S馈电线10依次穿过L电桥印制板8、L电桥盒7、微带花瓣振子2、S电桥盒6与S电桥印制板5相连接；L电桥印制板8和L电桥盒7依次固定在三维扼流圈1底部。

三维扼流圈1中心包含一个金属圆台，中间包含5个通孔。

如图2所示，微带花瓣振子2包括4个相互正交并且对称的振子臂11，微带花瓣振子2由F4B-2印制板加工而成；振子臂11通过腐蚀而成；微带花瓣振子2的中心开有电缆孔12，在距离中心一定距离的圆上均布有四个支架孔13。扇形振子臂11的张角为30°，其内外径尺寸分别为4.5mm和42.5mm，微带花瓣振子2的中心包含直径为5.5mm的电缆孔12，在距离中心22mm的 圆上均布有四个直径为10mm的支架孔13。

微带印制板3、微带地板4、S电桥印制板5和S电桥盒6依次从上往下通过螺钉固定在支撑支架9上；微带印制板3、微带地板4、S电桥印制板5和S电桥盒6相互贴合。

L电桥印制板8和L电桥盒7从下向上依次固定在三维扼流圈1底部。

微带地板4、S电桥印制板5、S电桥盒6均位于微带花瓣振子2上方，并利用贯穿其中心的S馈电线10实现对S电桥印制板5的馈电。

支撑支架9为环氧酚醛层压玻璃布棒材料。

如图3所示，本发明还包括金属圆台14、金属内腔17、内部扼流圈18、中心扼流圈19、和外部扼流圈20；金属圆台14位于三维扼流圈1中间位置，金属圆台14包含中心位置的S馈电孔16和距离中心一定位置的四个L馈电孔15，S馈电孔16用于放置S馈电线10，四个L馈电孔15用于对微带花瓣振子2的馈电；金属内腔17为三维扼流圈1和微带花瓣振子2的腔体部分；三维扼流圈1外围包含三层扼流结构，分别为内部扼流圈18，中心扼流圈19和外部扼流圈20。内部扼流圈18主要抑制S频段的多径信号，与三维扼流圈1的顶部平齐；中心扼流圈19和外部扼流圈20主要抑制L频段的多径信号，中心扼流圈19距离三维扼流圈1的顶部15mm；外部扼流圈20距离三维扼流圈1的顶部22mm。

本发明全导航系统高精度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，本发明采用的微带花瓣振子，利用四个同轴馈线对其馈电，由于同轴与花瓣振子采用的是渐变式连接，因此该花瓣振子具有良好的驻波带宽，免于调试。

影响该天线的带宽的因素是天线的方向图带宽。花瓣振子天线是双向辐射，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； 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四馈点微带的方式，实现对L、S频段导航信号的覆盖。

下面以一个具体的天线结构来进一步解释本发明的结构组成。

全导航系统高精度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，花瓣振子天线的振子臂的精度通过印制板腐蚀来保障，一般在0.02mm左右；振子的安装精度通过8个沉孔以及4个馈电孔来实现，一般在0.05mm以下。

微带花瓣振子2通过8个沉孔安装在三维扼流圈1内。微带花瓣振子2的厚度为2mm，印制板板材为F4B-2。微带花瓣振子2主要有四个旋转对称的扇形振子臂11组成，扇形振子臂11的张角为30°，其内外径尺寸分别为4.5mm和42.5mm，微带花瓣振子2的中心包含直径为5.5mm的电缆孔12，在距离中心22mm的圆上均布有4个直径为10mm的支架孔13。

金属圆台14的直径为17mm，距离金属内腔17的底面为41mm，金属圆台14中心包含一个直径为5.5mm的S馈电孔16和4个直径为3.2mm的L馈电孔15，L馈电孔15距离中心的距离为5.5mm，金属内腔17的上部尺寸为Φ114mm×h23mm，下部尺寸为Φ104mm×h41mm。

图3的外围包含三层扼流结构，分别为内部扼流圈18，中心扼流圈19，和外部扼流圈20，内部扼流圈18主要抑制S频段的多径信号，由高度为55mm，内外直径分别为118mm和138mm的金属圆环组成，内部扼流圈18与三维扼流圈1的顶部平齐。

中心扼流圈19和外部扼流圈20主要抑制L频段的多径信号，中心扼流圈19由高度为68mm，内外直径分别为142mm和188mm的金属圆环组成，距离三维扼流圈1的顶部15mm；外部扼流圈20由高度为68mm，内外直径分别为192mm和238mm的金属圆环组成，距离三维扼流圈1的顶部22mm。

本全导航系统高精度天线利用微带印制板3接收北斗二期的2.491GHZ信号，利用微带花瓣振子2接收1.15GHZ～1.61GHZ的信号，通过三维扼流圈1 对电磁场进行整合后，经过L电桥盒7和S馈电线10完成信号的对外输出。

本发明未公开的部分为本领域的公知常识。

Claims (10)

1.一种全导航系统高精度天线，其特征在于包括：三维扼流圈(1)、微带花瓣振子(2)、微带印制板(3)、微带地板(4)、S电桥印制板(5)、S电桥盒(6)、L电桥盒(7)、L电桥印制板(8)、支撑支架(9)、S馈电线(10)；所述的微带花瓣振子(2)包括4个相互正交并且对称的振子臂(11)，扇形振子臂(11)的张角为30°，微带花瓣振子(2)固定安装在三维扼流圈(1)内；四个支撑支架(9)固定安装在三维扼流圈(1)的中央位置；微带印制板(3)、微带地板(4)、S电桥印制板(5)和S电桥盒(6)依次固定在支撑支架(9)上；S馈电线(10)依次穿过L电桥印制板(8)、L电桥盒(7)、微带花瓣振子(2)、S电桥盒(6)与S电桥印制板(5)相连接；L电桥印制板(8)和L电桥盒(7)依次固定在三维扼流圈(1)底部。

2.根据权利要求1所述的一种全导航系统高精度天线，其特征在于还包括：金属圆台(14)、金属内腔(17)、内部扼流圈(18)、中心扼流圈(19)、和外部扼流圈(20)；

金属圆台(14)位于三维扼流圈(1)中间位置，金属圆台(14)包含中心位置的S馈电孔(16)和距离中心位置一定间隔的四个L馈电孔(15)，S馈电孔(16)用于放置S馈电线(10)，四个L馈电孔(15)用于对微带花瓣振子(2)的馈电；

金属内腔(17)为三维扼流圈(1)和微带花瓣振子(2)的腔体部分；

三维扼流圈(1)外围包含三层扼流结构，分别为内部扼流圈(18)，中心扼流圈(19)和外部扼流圈(20)。

3.根据权利要求1所述的一种全导航系统高精度天线，其特征在于：所述微带花瓣振子(2)由F4B-2印制板加工而成；振子臂(11)通过腐蚀而成；微带花瓣振子(2)的中心开有电缆孔(12)，在距离中心一定距离的圆上均布有四个支架孔(13)。

4.根据权利要求3所述的一种全导航系统高精度天线，其特征在于：所述扇形振子臂(11)的内外径尺寸分别为4.5mm和42.5mm，微带花瓣振子(2)的中心包含直径为5.5mm的电缆孔(12)，在距离中心22mm的圆上均布有四个直径为10mm的支架孔(13)。

5.根据权利要求2所述的一种全导航系统高精度天线，其特征还在于内部扼流圈(18)主要抑制S频段的多径信号，与三维扼流圈(1)的顶部平齐；中心扼流圈(19)和外部扼流圈(20)主要抑制L频段的多径信号，中心扼流圈(19)距离三维扼流圈(1)的顶部15mm；外部扼流圈(20)距离三维扼流圈(1)的顶部22mm。

6.根据权利要求1所述的一种全导航系统高精度天线，其特征在于：微带印制板(3)、微带地板(4)、S电桥印制板(5)和S电桥盒(6)依次从上往下通过螺钉固定在支撑支架(9)上；微带印制板(3)、微带地板(4)、S电桥印制板(5)和S电桥盒(6)相互贴合。

7.根据权利要求1所述的一种全导航系统高精度天线，其特征在于：L电桥印制板(8)和L电桥盒(7)从下向上依次固定在三维扼流圈(1)底部。

8.根据权利要求1所述的全导航系统高精度天线，其特征在于：所述的三维扼流圈(1)中心包含一个金属圆台，金属圆台中间包含5个通孔。

9.根据权利要求1所述的全导航系统高精度天线，其特征在于：所述的微带地板(4)、S电桥印制板(5)、S电桥盒(6)均位于微带花瓣振子(2)上方，并利用贯穿其中心的S馈电线(10)实现对S电桥印制板(5)的馈电。

10.根据权利要求1所述的全导航系统高精度天线，其特征在于：所述的支撑支架(9)为环氧酚醛层压玻璃布棒材料。