CN106711591A - 金属腔体和天线 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了金属腔体和天线，涉及北斗卫星导航技术领域，包括金属腔体，金属腔体的底面为反射底板，还包括与金属腔体同心固定的S频段十字振子天线单元、L频段十字振子天线单元和耦合金属圆环，S频段十字振子天线单元设置于耦合金属圆环上方，耦合金属圆环设置于L频段十字振子天线单元上方。本发明降低了天线的结构复杂度和制造成本，实现了不同天线良好的一致性，以及保证了天线的高稳定度相位中心。

Description

金属腔体和天线
技术领域
本发明涉及北斗卫星导航技术领域，尤其是涉及金属腔体和天线。
背景技术
随着卫星导航系统对经济发展、科学研究、灾害防控及军事领域扮演着越来越重要的角色，而卫星导航信号的准确接收尤为重要，卫星导航信号是由分布在各地的地面监测站提供的，北斗导航系统的地面监测站是一种无源设施，必须靠天线接收导航信号，然后将导航信号转换为电流传送给地面监测站的监测接收机。他所接收的信号与用户团体相同，但是所需要的技术性能要高于常规的高精度设备用户，因此，高精度天线对卫星导航越来越重要。
作为北斗卫星导航系统运行与控制的关键部分，地面监测站对天线提出一系列要求：高稳定度的相位中心、良好的抗多径和抗干扰能力、良好的多频带隔离、不同天线之间良好的一致性。一方面，天线的对称性是保证天线相位中心和优异的圆极化性能的关键因素，另一方面，为了满足不同天线良好的一致性，要求结构简单，便于工艺实现。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供金属腔体和天线，可以降低天线的结构复杂度和制造成本，实现不同天线良好的一致性，以及保证天线的高稳定度相位中心。
第一方面，本发明实施例提供了一种金属腔体，其中，包括反射底板，所述反射底板为金属腔体的底面。
第二方面，本发明实施例还提供了一种天线，其中，包括如上所述的金属腔体，还包括与所述金属腔体同心固定的S频段十字振子天线单元、L频段十字振子天线单元和耦合金属圆环；
所述S频段十字振子天线单元设置于所述耦合金属圆环上方，所述耦合金属圆环设置于所述L频段十字振子天线单元上方。
结合第二方面，本发明实施例提供了第二方面的第一种可能的实施方式，其中，所述S频段十字振子天线单元与所述L频段十字振子天线单元呈第一角度的平面夹角。
结合第二方面，本发明实施例提供了第二方面的第二种可能的实施方式，其中，所述L频段十字振子天线单元通过多根第一金属支撑柱安装在反射底板上；
所述S频段十字振子天线单元通过多根第二金属支撑柱安装在所述反射底板上，且所述第一金属支撑柱设置在所述第二金属支撑柱内侧。
结合第二方面，本发明实施例提供了第二方面的第三种可能的实施方式，其中，所述L频段十字振子天线单元包括第一辐射单元、第一金属支撑柱、第一馈电探针和馈电网络板；
所述第一辐射单元设置在所述第一金属支撑柱上，所述馈电网络板设置在反射底板的下方，相邻的两根所述第一金属支撑柱内纵向开设有同轴且上下贯通的第一通孔，所述反射底板上开设有与所述第一金属支撑柱位置对应的第二通孔，嵌套在绝缘子内的所述第一馈电探针穿设在所述第一通孔中且其两端伸出绝缘子之外后分别焊接所述第一辐射单元和所述馈电网络板的电路上，所述馈电网络板上开设有与所述第一馈电探针位置对应的第一馈电孔。
结合第二方面的第三种可能的实施方式，本发明实施例提供了第二方面的第四种可能的实施方式，其中，所述第一辐射单元包括四个第一金属振子，四个所述第一金属振子形状大小均相同、彼此分离独立且呈十字形排列。
结合第二方面的第三种可能的实施方式，本发明实施例提供了第二方面的第五种可能的实施方式，其中，所述第一金属支撑柱包括第一实心支撑柱和第一同轴支撑柱，所述第一实心支撑柱通过第一金属连接片与所述第一同轴支撑柱中的第一馈电探针相连接。
结合第二方面，本发明实施例提供了第二方面的第六种可能的实施方式，其中，所述S频段十字振子天线单元包括第二辐射单元、第二金属支撑柱、第二馈电探针和馈电网络板，所述第二辐射单元设置在所述第二金属支撑柱上，相邻的两根所述第二金属支撑柱内纵向开设有同轴且上下贯通的第三通孔，所述反射底板上开设有与所述第二金属支撑柱位置对应的第四通孔，嵌套在绝缘子内的所述第二馈电探针穿设在所述第三通孔中且其两端伸出绝缘子之外后分别焊接所述第二辐射单元和所述馈电网络板的电路上，所述馈电网络板上开设有与所述第二馈电探针位置对应的第二馈电孔。
结合第二方面的第六种可能的实施方式，本发明实施例提供了第二方面的第七种可能的实施方式，其中，所述第二辐射单元包括四个第二金属振子，四个所述第二金属振子形状大小均相同、彼此分离独立且呈十字形排列，所述第二金属振子的长度小于第一金属振子的长度。
结合第二方面的第六种可能的实施方式，本发明实施例提供了第二方面的第八种可能的实施方式，其中，所述第二金属支撑柱包括第二实心支撑柱和第二同轴支撑柱，所述第二实心支撑柱通过第二金属连接片与所述第二同轴支撑柱中的第二馈电探针相连接。
本发明提供的一种金属腔体和天线，涉及北斗卫星导航技术领域，包括金属腔体，金属腔体的底面为反射底板，还包括安装在金属腔体内且与金属腔体同心固定的S频段十字振子天线单元、L频段十字振子天线单元和耦合金属圆环，S频段十字振子天线单元设置于耦合金属圆环上方，耦合金属圆环设置于L频段十字振子天线单元上方。本发明能够降低天线的结构复杂度和制造成本，实现不同天线良好的一致性，以及保证天线的高稳定度相位中心，具有很好的推广应用前景。
本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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为本发明实施例提供的天线结构斜视图；
图2为本发明实施例提供的天线结构俯视图；
图3为本发明实施例提供的一种天线结构剖面图；
图4为本发明实施例提供的另一种天线结构剖面图；
图5为本发明实施例提供的第一金属支撑柱俯视图；
图6为本发明实施例提供的反射底板俯视图；
图7为本发明实施例提供的馈电网络板俯视图。
图标：
1-S频段十字振子天线单元；2-耦合金属圆环；3-L频段十字振子天线单元；4-金属腔体；5-第一辐射单元；6-第二辐射单元；7-第一金属振子；8-第一金属连接片；9-第一金属支撑柱；10-第一馈电探针；11-馈电网络板；12-反射底板；13-第二金属振子；14-第二金属连接片；15-第二金属支撑柱；16-第二馈电探针；17-第一通孔；18-第二通孔；19-第三通孔；20-第四通孔；21-第一馈电孔；22-第二馈电孔；23-第一实心支撑柱；24-第二实心支撑柱；25-第一同轴支撑柱；26-第二同轴支撑柱。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
目前，高精度天线对卫星导航越来越重要，地面监测站作为北斗卫星导航系统运行与控制的关键部分，在相位中心的稳定度、抗干扰能力、多频带隔离和不同天线之间的一致性等方面，对天线提出一系列要求。
而且，一方面，天线的对称性是保证天线相位中心和优异的圆极化性能的关键因素，另一方面，为了满足不同天线良好的一致性，要求结构简单，便于工艺实现。基于此，本发明实施例提供的金属腔体4和天线，具有高稳定度的相位中心、良好的抗多径和抗干扰能力、良好的多频带隔离、不同天线良好的一致性。
以下将结合具体实施例和说明书附图对本发明做进一步详细说明。
参照图1，一种用于北斗卫星导航系统地面监测站、但并不限于该监测站的天线，包括金属腔体4，金属腔体4的底面设置为反射底板12；还包括与金属腔体4同心固定的S频段十字振子天线单元1、L频段十字振子天线单元3和耦合金属圆环2。采用两种十字振子天线层叠式组合的方式解决了L/S频段的兼容性问题，优化了天线性能，同时，S频段十字振子天线单元1和L频段十字振子天线单元3公用金属腔体4，实现全频段多径抑制。
S频段十字振子天线单元1设置于耦合金属圆环2上方，耦合金属圆环2设置于L频段十字振子天线单元3上方，耦合金属圆环2一方面可以展宽L频段十字振子天线单元3的带宽，另一方面进一步降低L频段十字振子天线单元3和L频段十字振子天线单元3之间的耦合。
耦合金属圆环2采用绝缘橡胶实现在L频段十字振子天线单元3上面的支撑。
参照图2，S频段十字振子天线单元1和L频段十字振子天线单元3以45°的平面夹角相交叉，这样的设计可以降低L频段和S频段天线之间的互相影响。
参照图3、图4、图5、图6和图7，L频段十字振子天线单元3通过四根第一金属支撑柱9安装在反射底板12上，第一金属支撑柱9呈中心圆对称；
S频段十字振子天线单元1通过四根第二金属支撑柱15安装在反射底板12上，第二金属支撑柱15呈中心圆对称，四根第一金属支撑柱9同心设置在四根第二金属支撑柱15内侧。
根据本发明的示例性实施例，L频段十字振子天线单元3包括第一辐射单元5、第一金属支撑柱9、第一馈电探针10和馈电网络板11。
第一辐射单元5包括四个第一金属振子7，四个第一金属振子7的形状大小均相同，为长方条形，彼此分离独立且呈十字形排列，四个第一金属振子7一一对应的将一端安装在四根第一金属支撑柱9上。馈电网络板11设置在反射底板12的下方。第一金属支撑柱9中相邻的两根为第一同轴支撑柱25，另外相邻的两根为第一实心支撑柱23。反射底板12上开设有与第一金属支撑柱9的位置对应的第二通孔18，第二通孔18的数量为四个。参照图5，第一同轴支撑柱25内纵向开设有同轴且上下贯通的第一通孔17，的第一通孔17内同轴设有嵌套在绝缘子内的第一馈电探针10。第一馈电探针10穿设在第一通孔17中且其两端伸出绝缘子之外后分别焊接在第一金属振子7和馈电网络板11的电路上，馈电网络板11上开设有与第一馈电探针10位置对应的第一馈电孔21。与第一同轴支撑柱25相对应的，第一馈电探针10与第一馈电孔21的数量均为两个。
第一馈电探针10是第一同轴支撑柱25的内芯部分；两根第一馈电探针10依次穿过第一金属振子7、第一通孔17和第一馈电孔21后，两端分别焊接在第一金属振子7上和馈电网络板11的电路上，由于第一金属连接片8与第一金属振子7直接相连，所以第一馈电探针10也同时焊接在第一金属连接片8上。在两个第一金属连接片8的一端各形成一个焊点，在馈电网络板11上形成两个焊点。
第一馈电探针10以及外围的绝缘层的直径可以改变以调节同轴结构的特性阻抗。
第一同轴支撑柱25与第一实心支撑柱23的位置一一对称，第一实心支撑柱23通过第一金属连接片8与对称的第一同轴支撑柱25中的第一馈电探针10相连接，第一金属连接片8有两个，第一金属振子7通过第一同轴支撑柱25内的第一馈电探针10与馈电网络板11上的电路联通进行馈电。
根据本发明的示例性实施例，S频段十字振子天线单元1包括第二辐射单元6、第二金属支撑柱15、第二馈电探针16和馈电网络板11，馈电网络板11为S频段十字振子天线单元1和L频段十字振子天线单元3公用。
第二辐射单元6包括四个第二金属振子13，四个第二金属振子13形状大小均相同，为长方条形，彼此分离独立且呈十字形排列，第二金属振子13的长度小于第一金属振子7的长度。四个第二金属振子13一一对应的将一端安装在四根第二金属支撑柱15上。第二金属支撑柱15中相邻的两根为第二同轴支撑柱26，另外相邻的两根为第二实心支撑柱24。反射底板12上开设有与第二金属支撑柱15的位置对应的四个第四通孔20。第二同轴支撑柱26内纵向开设有同轴且上下贯通的第三通孔19，第三通孔19内同轴设有嵌套在绝缘子内的第二馈电探针16。第二馈电探针16穿设在第三通孔19中且其两端伸出绝缘子之外后分别焊接第二金属振子13和馈电网络板11的电路上，馈电网络板11上开设有与第二馈电探针16位置对应的第二馈电孔22。与第二同轴支撑柱26相对应的，第二馈电探针16与第二馈电孔22的数量均为两个。
第二馈电探针16是第二同轴支撑柱26的内芯部分；两根第二馈电探针16依次穿过第二金属振子13、第三通孔19和第二馈电孔22后，两端分别焊接在第二金属振子13上和馈电网络板11的电路上，由于第二金属连接片14与第二金属振子13直接相连，所以第二馈电探针16也同时焊接在第二金属连接片14上，在两个第二金属连接片14的一端各形成一个焊点，在馈电网络板11上形成两个焊点，加上与第一馈电探相对应的两个焊点，共有四个焊点。
第一馈电探针10以及外围的绝缘层的直径可以改变以调节同轴结构的特性阻抗。
第二同轴支撑柱26与第二实心支撑柱24的位置一一对称，第二实心支撑柱24通过第二金属连接片14与对称的第二同轴支撑柱26中的第二馈电探针16相连接，第二金属连接片14有两个。第二金属振子13通过第二同轴支撑柱26内的第一馈电探针10与馈电网络板11上的电路联通进行馈电。
不同长度的金属振子可以实现不同的双频段覆盖，但是第二金属振子13对应的上层频段高于第一金属振子7对应的下层频段，上层第二金属振子13不会影响下层第一金属振子7的辐射，并且可以展宽第一金属振子7天线的宽带。
本发明提供的一种金属腔体和天线，涉及北斗卫星导航技术领域，包括金属腔体，金属腔体的底面为反射底板，还包括安装在金属腔体内且与金属腔体同心固定的S频段十字振子天线单元、L频段十字振子天线单元和耦合金属圆环，S频段十字振子天线单元设置于耦合金属圆环上方，耦合金属圆环设置于L频段十字振子天线单元上方。本发明能够降低天线的结构复杂度和制造成本，实现不同天线良好的一致性，以及保证天线的高稳定度相位中心，具有很好的推广应用前景。
本发明采用上下式分频段结构实现，每个频段采用四馈电点实现馈电，包含所有北斗卫星导航系统频段尤其是S频段，可以覆盖中国北斗卫星导航系统，GPS(GlobalPositioning System，全球定位系统)，GLONASS(GLOBAL NAVIGATION SATELLITE SYSTEM，全球卫星导航系统)以及Galileo(伽利略)等卫星导航信号所有频段。本发明采用两层天线上下同心分别固定，整体结构简单紧凑，保证了不同天线良好的一致性，而且对称结构形式和多馈源方式保证了天线的高稳定度相位中心。本发明的天线具有结构简单、紧凑，制造成本低廉，容易实现，频带宽等优点。因此，该天线具有很好的推广应用前景。
总之，本发明的天线各项参数指标都达到了非常理想的要求，可以满足北斗终端的应用的要求。因此，实现了发明目的。
本发明实施例所提供的金属腔体和天线的计算机程序产品，包括存储了程序代码的计算机可读存储介质，所述程序代码包括的指令可用于执行前面方法实施例中所述的方法，具体实现可参见方法实施例，在此不再赘述。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统和装置的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
另外，在本发明实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种金属腔体，其特征在于，包括反射底板(12)，所述反射底板(12)为金属腔体(4)的底面。
2.一种天线，其特征在于，包括如权利要求1所述金属腔体(4)，还包括与所述金属腔体(4)同心固定的S频段十字振子天线单元(1)、L频段十字振子天线单元(3)和耦合金属圆环(2)；
所述S频段十字振子天线单元(1)设置于所述耦合金属圆环(2)上方，所述耦合金属圆环(2)设置于所述L频段十字振子天线单元(3)上方。
3.根据权利要求2所述的天线，其特征在于，所述S频段十字振子天线单元(1)与所述L频段十字振子天线单元(3)呈第一角度的平面夹角。
4.根据权利要求2所述的天线，其特征在于，所述L频段十字振子天线单元(3)通过多根第一金属支撑柱(9)安装在反射底板(12)上；
所述S频段十字振子天线单元(1)通过多根第二金属支撑柱(15)安装在所述反射底板(12)上，且所述第一金属支撑柱(9)设置在所述第二金属支撑柱(15)内侧。
5.根据权利要求2所述的天线，其特征在于，所述L频段十字振子天线单元(3)包括第一辐射单元(5)、第一金属支撑柱(9)、第一馈电探针(10)和馈电网络板(11)；
所述第一辐射单元(5)设置在所述第一金属支撑柱(9)上，所述馈电网络板(11)设置在反射底板(12)的下方，相邻的两根所述第一金属支撑柱(9)内纵向开设有同轴且上下贯通的第一通孔(17)，所述反射底板(12)上开设有与所述第一金属支撑柱(9)位置对应的第二通孔(18)，嵌套在绝缘子内的所述第一馈电探针(10)穿设在所述第一通孔(17)中且其两端伸出绝缘子之外后分别焊接所述第一辐射单元(5)和所述馈电网络板(11)的电路上，所述馈电网络板(11)上开设有与所述第一馈电探针(10)位置对应的第一馈电孔(21)。
6.根据权利要求5所述的天线，其特征在于，所述第一辐射单元(5)包括四个第一金属振子(7)，四个所述第一金属振子(7)形状大小均相同、彼此分离独立且呈十字形排列。
7.根据权利要求5所述的天线，其特征在于，所述第一金属支撑柱(9)包括第一实心支撑柱(23)和第一同轴支撑柱(25)，所述第一实心支撑柱(23)通过第一金属连接片(8)与所述第一同轴支撑柱(25)中的第一馈电探针(10)相连接。
8.根据权利要求2所述的天线，其特征在于，所述S频段十字振子天线单元(1)包括第二辐射单元(6)、第二金属支撑柱(15)、第二馈电探针(16)和馈电网络板(11)，所述第二辐射单元(6)设置在所述第二金属支撑柱(15)上，相邻的两根所述第二金属支撑柱(15)内纵向开设有同轴且上下贯通的第三通孔(19)，所述反射底板(12)上开设有与所述第二金属支撑柱(15)位置对应的第四通孔(20)，嵌套在绝缘子内的所述第二馈电探针(16)穿设在所述第三通孔(19)中且其两端伸出绝缘子之外后分别焊接所述第二辐射单元(6)和所述馈电网络板(11)的电路上，所述馈电网络板(11)上开设有与所述第二馈电探针(16)位置对应的第二馈电孔(22)。
9.根据权利要求8所述的天线，其特征在于，所述第二辐射单元(6)包括四个第二金属振子(13)，四个所述第二金属振子(13)形状大小均相同、彼此分离独立且呈十字形排列，所述第二金属振子(13)的长度小于第一金属振子(7)的长度。
10.根据权利要求8所述的天线，其特征在于，所述第二金属支撑柱(15)包括第二实心支撑柱(24)和第二同轴支撑柱(26)，所述第二实心支撑柱(24)通过第二金属连接片(14)与所述第二同轴支撑柱(26)中的第二馈电探针(16)相连接。
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