CN106532262A - 一种多系统天线嵌套环形阵 - Google Patents

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刘海燕
李明
尤浩
张海光
张佳
许奎
梁西铭
张骅
郭卫展
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    • H01Q1/52—Means for reducing coupling between antennas; Means for reducing coupling between an antenna and another structure
    • H01Q1/521—Means for reducing coupling between antennas; Means for reducing coupling between an antenna and another structure reducing the coupling between adjacent antennas
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Abstract

本发明提供了一种多系统天线嵌套环形阵，包括阵列底板和若干不同系统的天线单元，所有不同系统的天线单元均分布在矩形的阵列底板上，且各个天线单元不重叠，其中，每个系统均有一个天线单元作为参考单元位于阵列底板的中心位置，每个系统的其余天线单元以各自参考单元为中心呈环状均匀分布；不同系统的天线单元的辐射面朝向不同。本发明既实现了在有限阵面尺寸下多系统、多阵元的组合工作，又保证了阵面天线参考单元方向图均匀对称，提高了卫星导航系统的抗干扰性能，适用于多系统、多阵元卫星导航应用需求。

Description

一种多系统天线嵌套环形阵
技术领域
本发明涉及一种多系统抗干扰天线阵面布阵设计。
背景技术
卫星导航定位系统(GNSS)可以实时提供目标的三维空间坐标、三维速率和精确时间并具有全区域、全天候工作的特点。但是由于卫星信号强度弱以及各式各样的高强度人为干扰信号，常规卫导接收天线已经无法满足使用要求。为了应对各种干扰信号，卫星导航接收机都需要装备抗干扰天线。对于单系统抗干扰天线，一般采用圆环阵布局实现抗干扰天线布阵，圆环阵面以中心单元天线为参考单元，由于其周围天线分布均匀，因此参考单元的方向图分布均匀，天线阵面抗干扰方向性一致。但传统的圆环天线阵面布局只适用于单系统工作的抗干扰装置，无法满足多系统工作的要求。
随着北斗二代系统和GLONASS系统建设的逐步完善，多系统组合工作的抗干扰天线阵已成为卫星导航接收机应用的主流产品。多系统组合工作可以增加信号备份，在一个系统/频点不能使用时可继续使用另一个系统/频点的信号，提高接收机的可用性。同时，多系统组合工作可以提高可用卫星数，改善卫星分布，提高定位精度。随着天线抗干扰数量和抗干扰能力需求的不断提升，天线阵面需要考虑多系统天线组合分布，且要求各系统天线分布均匀。矩形嵌套阵面广泛应用于多系统组合导航装置，阵面天线间隔分布，可以降低同系统单元天线间的耦合，在有限的空间尺寸下，可提高天线单元的性能。但矩形天线阵面对于参考单元而言，周围天线分布和接地分布不均匀，其形成的方向图不对称，致该阵面布局的产品各方向抗干扰能力不一致。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供一种多系统天线嵌套环形阵，既实现了在有限阵面尺寸下多系统、多阵元的组合工作，又保证了阵面天线参考单元方向图均匀对称，提高了卫星导航系统的抗干扰性能，适用于多系统、多阵元卫星导航应用需求。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种多系统天线嵌套环形阵，包括阵列底板和若干不同系统的天线单元；所有不同系统的天线单元均分布在矩形的阵列底板上，且各个天线单元不重叠，其中，每个系统均有一个天线单元作为参考单元位于阵列底板的中心位置，每个系统的其余天线单元以各自参考单元为中心呈环状均匀分布；不同系统的天线单元的辐射面朝向不同。
本发明中，同一系统的天线单元的大小、旋向均保持一致。
本发明中，同一系统的相邻天线单元间距大于0.2倍波长。
本发明中，同一系统的相邻天线单元间距大于0.2倍波长小于0.5倍波长。
本发明中，所述不同系统的天线单元包括北斗天线单元和GPS/GLONASS天线单元。
本发明中，北斗天线单元和GPS/GLONASS天线单元的辐射面朝向相差45°。
本发明的有益效果是：
第一、在有限的阵面尺寸下，实现了多系统组阵；
第二、环形阵列实现了阵列天线的方向一致性，不会因布阵不均匀影响参考单元方向图特性；
第三、不同系统天线嵌套布局，减少了同系统天线间的互耦影响；
第四、单元天线间的旋转布局，有效抑制了微带天线的耦合效应，提升了阵面天线的整体性能。
附图说明
图1是矩形嵌套天线阵面示意图；
图2是相邻天线旋转45°示意图；
图3是单系统环形阵面示意图；
图4是嵌套双环阵示意图。
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。
本发明适用于阵面尺寸小、阵元数目多的多系统卫星天线阵面布局，主要针对GPS/GLONASS天线和BD2天线组合阵面布局进行介绍。
微带天线阵面的性能与天线单元之间的间距密切相关。当单元间距过大时，在天线阵面的可见空间内会出现电平较高的栅瓣，从而降低主波束的能量；而当各天线单元间距过小时，单元之间耦合较强，有相当部分辐射能量储存在阵面附近的感应场区，导致阵面形成的主波束分辨率较低。阵元间距变小，波束变宽，当间距减小为0.2波长时，最大增益方向开始偏移，波束算法开始失效。矩形嵌套布阵在有限的阵面尺寸下，可以保证同一系统阵元间距大于0.2波长，系统波束的指向精度满足要求。该布阵方式如图1所示。
微带天线单元间存在互耦效应，互耦效应主要通过天线的辐射面在相邻天线之间形成影响。微带天线通过其边缘实现缝隙辐射，当相邻天线辐射面旋转45°时，互耦效应大幅减少。该布阵方式如图2所示。
多系统抗干扰处理中，要求天线单元以各自参考单元为中心均匀分布，参考单元形成的方向图均匀，以保证卫导接收机各个方向抗干扰能力一致。因此，圆环阵面广泛应用于抗干扰天线阵面中。该布阵方式如图3所示。
基于以上所述，本发明对于多系统抗干扰天线阵面布局提出一种新的环阵布局方式——多系统嵌套双环阵，其布阵示意如图4所示。
本发明的技术方案主要包括：1.根据抗干扰要求确定阵元数目。根据阵列天线抗干扰原理可知，N个阵元的阵列天线最多可抗N-1个干扰，可根据实际抗干扰需求结合阵面尺寸要求确定合适的阵元数量。2.在矩形阵面底板上对不同系统微带贴片单元采用嵌套布局设计，形成了嵌套双环阵。3.对相邻天线单元进行了旋转设计，减少阵元间耦合，实现了有限的阵面尺寸下多阵元的合理布局。
根据阵列天线抗干扰原理可知，N个阵元的阵列天线最多可抗N-1个干扰，本发明以抗6干扰性能为例，提出了一种矩形阵面嵌套双环形阵的布局方式。本发明包括阵列底板、北斗天线单元、GG(GPS/GLONASS)天线单元。北斗系统、GG系统天线单元均采用7阵元形式，即可满足天线阵面抗6干扰的要求，也可减小阵面尺寸。矩形底板尺寸为215*215mm，北斗天线单元尺寸为35*35mm，GG天线单元为30*30mm。以矩形阵面底板的对角线为基准，沿对角线将北斗天线单元与GG天线单元放置在矩形阵面中心，上方为GG天线单元，下方为北斗天线单元，将GG天线逆时针旋转45°，保证两天线不重叠，这两个阵元分别作为各自系统的参考单元。沿对角线在北斗天线单元下方位置嵌套一个GG天线单元天线，其大小、旋向均与GG天线参考单元保持一致；同时，沿对角线在GG天线单元上方嵌套一个北斗天线单元，其大小、旋向均与北斗天线参考单元保持一致。然后，在矩形底板的两个对角的GG天线单元下方嵌套一个北斗天线单元，在北斗天线单元上方嵌套一个GG天线单元，其大小、旋向均与各自参考单元保持一致。至此，对角线上的6个天线单元以相互嵌套的方式放置完毕。然后，在矩形底板下底边中心处放置一个北斗天线单元，沿左上方与对角线平行位置依次交叉嵌入一个GG天线单元、一个北斗天线单元及一个GG天线单元，这四个天线单元大小、旋向均与中心参考单元保持一致；同理，在矩形底板上底边中心处放置一个GG天线单元，沿右下方与对角线平行位置依次交叉嵌入一个北斗天线单元、一个GG天线单元及一个北斗天线单元，这四个天线单元大小、旋向也均与中心参考单元保持一致。两系统在矩形阵面的基础上，分别以各自参考单元为中心，相互嵌套形成两个独立的环形阵面，即本文提出的多系统嵌套双环阵列。
采用该布局方式，相邻两阵元间距小于0.2波长，但是它们属于不同的系统，相互之间影响很小；同一系统间的距离间隔大于0.2个波长小于0.5个波长，可以很好地满足抗干扰性能要求
综上所述，采用本实施例的多系统嵌套双环阵布局方式可有效利用阵面面积实现多系统天线组阵，并减小同系统天线单元间的互耦影响；同时本实施例提出的旋转布局可有效抑制微带天线的耦合效应，提升了阵面天线的整体性能。

Claims (6)

1.一种多系统天线嵌套环形阵，包括阵列底板和若干不同系统的天线单元，其特征在于：所有不同系统的天线单元均分布在矩形的阵列底板上，且各个天线单元不重叠，其中，每个系统均有一个天线单元作为参考单元位于阵列底板的中心位置，每个系统的其余天线单元以各自参考单元为中心呈环状均匀分布；不同系统的天线单元的辐射面朝向不同。
2.根据权利要求1所述的多系统天线嵌套环形阵，其特征在于：同一系统的天线单元的大小、旋向均保持一致。
3.根据权利要求1所述的多系统天线嵌套环形阵，其特征在于：同一系统的相邻天线单元间距大于0.2倍波长。
4.根据权利要求1所述的多系统天线嵌套环形阵，其特征在于：同一系统的相邻天线单元间距大于0.2倍波长小于0.5倍波长。
5.根据权利要求1所述的多系统天线嵌套环形阵，其特征在于：所述不同系统的天线单元包括北斗天线单元和GPS/GLONASS天线单元。
6.根据权利要求5所述的多系统天线嵌套环形阵，其特征在于：北斗天线单元和GPS/GLONASS天线单元的辐射面朝向相差45°。
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