CN105811069A - 腔式结构的gnss天线 - Google Patents

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王敏
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Abstract

本发明提供了一种腔式结构的GNSS天线，上层辐射片和下层辐射片通过平行固定于天线基板上，且位于天线金属腔侧壁围合的开口腔体内，金属固定螺钉依次贯穿上层辐射片、下层辐射片和天线基板的中心，连接天线基板另一侧的馈电网络，由馈电网络为上层辐射片和下层辐射片提供等功率分配、90°相移的正交极化信号；所述的馈电插针连接馈电网络，穿过天线基板和下层辐射片上的通孔，对上层辐射片直接馈点，对下层辐射片耦合馈电。本发明能够保护天线，有效提高天线的波束覆盖范围，拓宽天线的波束宽度。

Description

腔式结构的GNSS天线
技术领域
本发明涉及一种宽波束覆盖的圆极化天线。
背景技术
近年来，随着现代导航技术以及GNSS(全球卫星导航系统)探测技术的迅猛发展，卫星导航技术在日常生活、军事通信及探测中得到了更加广泛的应用。然而，很多应用，如我国的北斗系统、GPS以及远程遥感、探测等系统，都要求天线能满足双/多频段工作、高结构强度、以及宽波束覆盖要求。为了解决天线单一频段圆极化频带较宽、结构强度等问题，可采用中心短路、空气介质的双馈双层双频圆极化天线等形式。但是，双频双层天线是一种分层谐振天线，每一层对应一个谐振频率，天线带宽相对较窄，效率较高，天线的增益高，致使天线的波束覆盖范围较窄，不适应较宽波束应用的情况。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供一种腔式结构的GNSS天线，能够有效提高天线的波束覆盖范围，拓宽天线的波束宽度。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：包括天线金属腔、天线基板、上层辐射片、下层辐射片、金属固定螺钉、介质螺钉、馈电网络和馈电插针。
所述天线金属腔的侧壁垂直于天线基板，且沿天线基板周向环绕；所述的上层辐射片和下层辐射片平行于天线基板，通过若干介质螺钉固定在天线基板上，上层辐射片和下层辐射片位于天线金属腔侧壁围合的开口腔体内，下层辐射片位于上层辐射片和天线基板之间；所述的金属固定螺钉依次贯穿上层辐射片、下层辐射片和天线基板的中心，连接天线基板另一侧的馈电网络，由馈电网络为上层辐射片和下层辐射片提供等功率分配、90°相移的正交极化信号；所述的馈电插针连接馈电网络，穿过天线基板和下层辐射片上的通孔，对上层辐射片直接馈点，对下层辐射片耦合馈电。
所述天线金属腔的四个侧壁上开有形状相同的缝隙，且四个缝隙相对于金属固定螺钉对称分布。
所述天线基板采用规则对称形状，包括正方形、菱形和圆形。
所述天线基板相对于天线金属腔的另一侧为馈电腔，馈电腔侧壁垂直于天线基板，且沿天线基板周向环绕。
所述的天线基板和上、下层辐射片之间由空气填充。
本发明的有益效果是：在天线外围设计一圈金属结构，既有益于拓展天线的波束覆盖范围，也可以保护天线，减少碰撞对天线的损伤，还能够通过改变天线腔体高度或者在天线腔体上开缝，有效提高天线的波束覆盖范围，拓宽天线的波束宽度。通过调整天线金属腔高度或者调整天线金属腔四壁上的开缝宽度和高度，可以优化天线的波束覆盖范围，解决天线设计中波束宽度较窄的问题，改善天线的结构强度。通过双层辐射片的双馈电插针正交90°馈电，可以得到良好的圆极化特性。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的外形示意图(未开缝)；
图3为本发明金属腔开缝的外形示意图(一条竖缝)；
图4为本发明金属腔开缝的外形示意图(两条竖缝)；
图5为本发明金属腔几种形状的俯视示意图(方形、圆形、菱形等)；
图6为本发明金属腔几种开缝形状的侧视示意图(单缝、双缝、竖缝、橫缝、L形缝、折弯缝以及其它的圆形缝、方形缝等)；
图7为图2所示不同腔高H情况下1227.6MHz的GNSS天线方向图仿真结果，相对于不加腔(H＝0)情况，随着H的增大，天线在1227.6MHz的波束宽度、低仰角波束明显展宽；
图8为图2所示不同腔高情况下1575.42MHz的GNSS天线方向图仿真结果，相对于不加腔(H＝0)情况，随着H的增大，天线在1575.42MHz的波束宽度、低仰角波束明显展宽；
图9为图3中GNSS天线金属腔开缝的局部外形示意图；
图10为图9所示不同缝高h1情况下1227.6MHz的GNSS天线方向图仿真结果，相对于不开缝(h1＝0)情况，随着h1增大，天线在1227.6MHz的低仰角波束明显展宽；
图11为图9所示不同缝高h1情况下1575.42MHz的GNSS天线方向图仿真结果，与1227.6MHz不同的是，当h1较小时，波束并没有展宽，随着h1的继续增大，低仰角波束展宽；
图12为图9所示不同缝宽w1情况下1227.6MHz的GNSS天线方向图仿真结果，相对于不开缝(w1＝0)情况，随着w1增大，天线在1227.6MHz的低仰角波束明显展宽；
图13为图9所示不同缝宽w1情况下1575.42MHz的GNSS天线方向图仿真结果，相对于不开缝(w1＝0)情况，随着w1增大，天线在1575.42MHz的低仰角波束明显展宽。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明，本发明包括但不仅限于下述实施例。
本发明提供一种圆极化天线，包括天线金属腔、天线金属基板、腔内的两层辐射片和两根贯穿天线基板和下层辐射片并与上层辐射片以及馈电网络电连接的馈电插针、馈电腔、馈电网络和射频接头。辐射片产生两个正交、轴向等幅的线极化辐射，由馈电网络提供等功率分配、90°相移的正交极化信号，从而形成圆极化。
具体来说，本发明提供的腔式结构的GNSS天线包括：
天线金属腔、馈电腔；
上层辐射片；
下层辐射片，处于上辐射片与天线基板之间；
两根贯穿天线基板和下层辐射片并与上层辐射片以及馈电网络连接的馈电插针；
一根与天线基板和上下层辐射片连接的中心金属螺钉；
四周作为支撑、固定的介质螺钉；
一个天线基板以及天线基板后面的馈电网络；
一个射频接头。
GNSS天线的辐射部分(包括辐射片、插针等)位于天线金属腔体内，腔体可以是可为方形、圆形和菱形等规则形状。
本发明可以在天线金属腔体上开缝。开缝形式可是单条或者多条的竖缝、横缝、圆缝、方缝以及由此衍生而来的L形缝、菱形缝、Ω形缝等变形缝隙。
本发明可以去除天线基板下部的馈电腔体，馈电网络裸露或者采用其它形式保护馈电网络。
天线辐射和馈电部分可以更换为其它天线形式，例如微带天线形式、单层辐射片结构等。
天线金属腔体内除采用空气介质外，也可以填充其它介质材料。
如图1所示，是本发明GNSS天线的实施例的切面示意图；本实施例包括天线金属腔1、天线基板2、馈电腔3、射频接头4、天线安装盘5、上层辐射片6、下层辐射片7、中心固定金属螺钉8、介质螺钉9、馈电网络10、两根贯穿天线基板2和下层辐射片7并与上层辐射片6以及馈电网络10电连接的馈电插针11。图中，1为天线金属腔，放置并保护辐射片6和7、插针11等辐射结构；2为天线基板，作为天线地；3为金属馈电腔，放置并保护馈电网络；8为天线中心的金属固定螺钉，既使得天线辐射片6和7中心能够良好接地，又加固天线结构；9为上、下层辐射片的支撑/固定介质螺钉；10为天线的馈电网络，提供等功率分配、90°相移的正交极化信号；11为天线的馈电针，上端未与下层辐射片7和天线基板2电连接，对上层辐射片6直馈，下层辐射片耦合馈电，下端与馈电网络10相连，输入/输出射频信号。
所述天线金属腔的四个侧壁上开有形状相同的缝隙，且四个缝隙相对于金属固定螺钉对称分布。
本实施例中，天线金属腔内天线基板和上、下层辐射片之间由空气填充。
该天线金属腔通常为规则对称图形(如图5)，以正方形、菱形和圆形为主。本发明GNSS天线通过调整天线金属腔体高度H、缝隙尺寸h1和w1来影响、改善天线的波束宽度。

Claims (5)

1.一种腔式结构的GNSS天线，包括天线金属腔、天线基板、上层辐射片、下层辐射片、金属固定螺钉、介质螺钉、馈电网络和馈电插针，其特征在于：所述天线金属腔的侧壁垂直于天线基板，且沿天线基板周向环绕；所述的上层辐射片和下层辐射片平行于天线基板，通过若干介质螺钉固定在天线基板上，上层辐射片和下层辐射片位于天线金属腔侧壁围合的开口腔体内，下层辐射片位于上层辐射片和天线基板之间；所述的金属固定螺钉依次贯穿上层辐射片、下层辐射片和天线基板的中心，连接天线基板另一侧的馈电网络，由馈电网络为上层辐射片和下层辐射片提供等功率分配、90°相移的正交极化信号；所述的馈电插针连接馈电网络，穿过天线基板和下层辐射片上的通孔，对上层辐射片直接馈点，对下层辐射片耦合馈电。
2.根据权利要求1所述的腔式结构的GNSS天线，其特征在于：所述天线金属腔的四个侧壁上开有形状相同的缝隙，且四个缝隙相对于金属固定螺钉对称分布。
3.根据权利要求1所述的腔式结构的GNSS天线，其特征在于：所述天线基板采用规则对称形状，包括正方形、菱形和圆形。
4.根据权利要求1所述的腔式结构的GNSS天线，其特征在于：所述天线基板相对于天线金属腔的另一侧为馈电腔，馈电腔侧壁垂直于天线基板，且沿天线基板周向环绕。
5.根据权利要求1所述的腔式结构的GNSS天线，其特征在于：所述的天线基板和上、下层辐射片之间由空气填充。
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