CN110137673A - 一种蘑菇头pnt组合天线及其设备 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种蘑菇头PNT组合天线及其设备，所述天线包括蘑菇头振子、蘑菇支撑柱以及蘑菇底板组件；其中，所述蘑菇头振子安装在所述蘑菇支撑柱上，且所述蘑菇头振子上侧设置圆环形介质垫圈，所述圆环形介质垫圈上表面安装圆形金属板；所述蘑菇头振子设置为碗型结构；所述蘑菇支撑柱通过圆环固定座安装在所述蘑菇底板组件中心位置，所述蘑菇底板组件包括圆环形金属板及梯形金属板；所述圆环形金属板外圈设置环形凹槽，且垂直于所述圆环形金属板上设置中心对称的所述梯形金属板，所述梯形金属板的上底面与所述凹槽内边缘相切。该天线采用模块化设计，组装便捷，且天线结构简单、尺寸小、质量轻，从而节省了天线的制造成本。

Description

一种蘑菇头PNT组合天线及其设备

技术领域

本申请涉及无线电通信技术领域，尤其涉及一种蘑菇头PNT组合天线及其设备。

背景技术

目前，全球卫星导航系统(Global Navigation Satellite System，GNSS)和中国北斗卫星导航系统(BeiDou Navigation Satellite System，BDS)都是以卫星为基础的无线电导航定位系统。它们具有全能性(海、陆、空、天)、全球性、全天候、连续性和实时性的导航、定位和定时的功能，能为各用户提供实时动态精密的三维空间坐标、速度和时间，业已成为国家重大的空间和信息化基础设施。

导航定位接收机是卫星导航产业中所有应用的基础，接收机天线是接收机重要且核心设备。随着应用的普及与深入，对接收机系统定位精度的要求越来越高，一种载波相位测量型接收机可实现cm乃至mm量级的定位精度,其天线是该接收机不可或缺的关键设备，形成了一类适应于高精度定位应用的GNSS终端测量型天线。

为了提高接收机系统抗多径的能力，对于接收机单天线目前应用最多的则是加扼流环(Choke-Ring)形式。采用2D/3D扼流圈可以有效地提高单天线的前后比。TOPCON推出了应用于GPS-L1和L2的平面(2D)扼流环CR-3和CR-4天线。NovAtel Inc.推出了带3D扼流环的天线：Nov-GNSS-750-X，该天线不带罩的直径为380mm，高度不低于200mm，重量≈7.6kg。之后，TOPCON又推出了带半球散射柱的TPSPN.A5天线，其直径413.8mm,高288mm，其重量更沉。无论是扼流圈，还是半球散射体，它们的引入大大增加了单元天线的尺寸，重量，成本的增加也不可避免。而且扼流环的设计是基于环口呈现高阻抗来抑制杂散辐射。这种作用机制是与频率密切相关的，要进一步扩展频带，或进一步提高抑制能力是受限的。

也就是，随着接收机天线的应用推广和产业化要求，针对用户不同的需求，如何提供规格化以及标准化的天线产品，且该天线结构简单、小型化、轻量化以及节省成本，成为亟待解决的问题。

发明内容

为了解决上述问题，本申请提供一种蘑菇头PNT组合天线及其设备，该天线采用模块化设计，组装便捷，且天线结构简单、尺寸小、质量轻，从而节省了天线的制造成本。

本申请第一方面提供一种蘑菇头PNT组合天线，所述天线包括蘑菇头振子、蘑菇支撑柱以及蘑菇底板组件；其中，

所述蘑菇头振子安装在所述蘑菇支撑柱上，且所述蘑菇头振子上侧设置圆环形介质垫圈，所述圆环形介质垫圈上表面安装圆形金属板；所述蘑菇头振子设置为碗型结构；

所述蘑菇支撑柱通过圆环固定座安装在所述蘑菇底板组件中心位置，所述蘑菇底板组件包括圆环形金属板以及梯形体金属板；所述圆环形金属板四周设置环形凹槽，且垂直于所述圆环形金属板上设置中心对称的所述梯形体金属板，所述梯形体金属板的上底面与所述凹槽内边缘相切。

在一种可能的实施方式中，所述圆环形介质垫圈下表面设置四个隔离块，将所述蘑菇头振子隔离成四个分开的蘑菇振子；其中，所述蘑菇振子的弯折角度设置为113°。

在一种可能的实施方式中，所述蘑菇支撑柱在其顶部设置有两条正交缝槽，将所述蘑菇支撑柱切分成四部分；

四部分均设置有圆杆支撑柱，且四圆杆支撑柱底部短路；其中两根是与50Ω馈线匹配的馈电同轴线；另外两根是辅助同轴线；

所述蘑菇支撑柱的中心线形成空隙，以便于RF电缆穿过，提供给所述圆形金属板上的移动通信或短报文天线使用。

在一种可能的实施方式中，所述天线包括开口圆环腔模块，所述开口圆环腔模块包括至少一个开口圆环腔；其中，

所述开口圆环腔设置在所述蘑菇底板组件的下方，其四周圆环腔壁间隔预设距离设置缝槽，且缝槽向所述开口圆环腔的中心延伸。

在一种可能的实施方式中，所述天线还包括抑径板，所述抑径板设置为圆环形金属板，所述抑径板的直径大于或等于所述半开口圆环腔的直径。

在一种可能的实施方式中，所述天线还包括微波衰减板，所述微波衰减板上设置有微波衰减网络，所述微波衰减网络由一组中心对称的，大小不一的微带贴片和与其相连的微波集总元器件组成。

在一种可能的实施方式中，所述微波集总元器件中的电阻设置在所述相邻的两个微带贴片之间，形成单层结构的微波衰减网络。

在一种可能的实施方式中，所述微波集总元器件的电阻设置在所述微带贴片与所述抑径板之间，形成双层结构的微波衰减网络。

在一种可能的实施方式中，所述天线还包括低噪声放大LNA模块，所述低噪声放大LNA模块设置于所述开口圆环腔的底部中央。

本申请第二方面提供一种蘑菇头PNT组合设备，所述设备包括如上任一所述的一种蘑菇头PNT组合天线。

本发明天线采用模块化设计，组装便捷，且天线结构简单、尺寸小、质量轻，从而节省了天线的制造成本；此外，天线采用积木式的模块集成方式，组合成不同性能的终端独立天线，满足不同用户需求。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1为本申请实施例提供的一种蘑菇头组合天线结构横截面示意图；

图2为本申请实施例提供的一种蘑菇头组合天线结构轴侧面示意图；

图3为本申请实施例提供的又一种蘑菇头组合天线结构示意图；

图4为本申请实施例提供的又一种蘑菇头组合天线轴测示意图；

图5为本申请实施例提供的另一种蘑菇头组合天线结构示意图；

图6为本申请实施例提供的再一种蘑菇头组合天线结构示意图；

图7为本申请实施例提供的另一种蘑菇头组合天线轴侧示意图；

图8为本申请实施例提供的另外一种蘑菇头组合天线结构示意图；

图9为本申请实施例提供的再外一种蘑菇头组合天线结构示意图。

如图1-9中：圆形金属板1，圆环形介质垫圈2、隔离块201，蘑菇头振子3，蘑菇支撑柱4，圆环固定座5，蘑菇底板组件6、梯形体金属板601、环形凹槽602，开口圆环腔7，LNA模块8，开口圆环腔9，抑径板10，微波衰减板11。

具体实施方式

为了更清楚的阐释本申请的整体构思，下面结合说明书附图以示例的方式进行详细说明。

本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的顺序在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。

此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

需要说明的是，本申请公开的天线应用广泛。智能交通导航系统是多网组合应用的一个典型例子。除A-GPS外、各种无线网络接入等手段支持其定位。在智能交通中的CORS系统，大量传感器的精确位置(如交通信号灯、指路牌、摄像头、雷达测速仪等)信息的采集，可以用CORS系统实现；而车辆的实时位置和速度信息，可以通过实时接收CORS系统的差分改正信息来修正。通过网络把车辆的位置和速度信息实时传回控制中心，控制中心经过对多种信息的融合、处理和分析后，即时以广播(或者其他无线通讯短消息)的形式反馈给车辆终端，从而让车辆终端实时掌握路况和交通信息；而交通管理部门也可以通过其他传感器(如摄像头、射频感应卡等)发送回来的信息对车辆身份进行识别和管理。这样就相应避免了车辆乱停乱放、交通违章和超标排放等现象。CORS系统可以实时为各种传感器提供分米级甚至是厘米级的定位服务和纳秒级的时间基准。在这个应用平台上，CORS系统是空间位置和时间信息获取的有效手段，其天线需要高精度、高抗多径GNSS终端接收天线。

本申请的天线是模块化的天线，用户可以根据所需的天线精度，和所需的尺寸等，确定具体的组合方式；此外，本申请实施例中没有限定各零部件的尺寸，天线的具体尺寸也可以根据实际需要进行计算机仿真确定。

如图1和图2所示，一种蘑菇头PNT组合天线，即定位导航和授时(PositionNavigation and Timing，PNT)天线，所述天线包括蘑菇头振子3、蘑菇支撑柱4以及蘑菇底板组件6。

所述蘑菇头振子3安装在所述蘑菇支撑柱4上，且所述蘑菇头振子3上侧设置圆环形介质垫圈2，所述圆环形介质垫圈2上表面安装圆形金属板1；所述蘑菇头振子3设置为碗型结构；

所述蘑菇支撑柱4通过圆环固定座5安装在所述蘑菇底板组件6中心位置，所述蘑菇底板组件6包括圆环形金属板以及梯形体金属板601；所述圆环形金属板四周设置环形凹槽602，且垂直于所述圆环形金属板上设置中心对称的所述梯形体金属板，所述梯形体金属板的上底面与所述凹槽内边缘相切。

在一个示例中，如图1和图2所示，所述圆环形介质垫圈2下表面设置四个隔离块201，将所述蘑菇头振子3隔离成四个分开的蘑菇振子。

在一个示例中，所述蘑菇振子的弯折角度设置为113°。

需要说明的是，蘑菇振子的折弯角度需要根据实际需求，进行计算机仿真后得到，本申请对此不进行限定；此外，本申请实施例中的各零部件的尺寸都不进行限定。

在一个示例中，如图3和图4所示，所述蘑菇支撑柱4在其顶部设置有两条正交缝槽，将所述蘑菇支撑柱4切分成四部分；四部分均设置有圆杆支撑柱，且四圆杆支撑柱底部短路；其中两根是与50Ω馈线匹配的馈电同轴线；另外两根是辅助同轴线；所述蘑菇支撑柱4的中心线形成空隙，以便于RF电缆穿过，提供给所述圆形金属板上的移动通信或短报文天线使用。

此时，它把通常的四支杆整合成一体简化了装配，提高了总装精度。蘑菇支撑柱4经正交槽缝切割形成的四条独立的同轴馈线，仍然可在无需外加调配网络的情况下，实现(0-180)°Balun及二馈电端口与50Ω馈线的匹配。两条馈电同轴线底部直接与0°/90°的Hybrid相连，形成了对蘑菇头振子的园极化馈电，并形成双园极化天线状态。能有效地削弱一次反射对接收机的干扰。这种结构紧凑的匹配馈电同轴线设计是该振子型天线圆柱支杆设计的一个特征。圆柱支杆的进一步特征在于，二正交槽缝在其中心的空隙，为其他置顶天线提供RF馈电通道。

此外，在蘑菇支撑柱中心线上形成的空隙，允许RF电缆自下而上地穿过，为置顶于蘑菇盘上的移动通信和短报文天线等提供馈电通路。将移动通信天线集成于GNSS终端测量型天线之上，实现通导融合，A-GPS、RTK等。同样也可把BDS终端的短报文天线(2492MHz收/1616MHz发)集成于该天线上。

在一个示例中，所述天线包括开口圆环腔模块，所述开口圆环腔模块包括至少一个开口圆环腔；其中，所述开口圆环腔设置在所述蘑菇底板组件6的下方，其四周圆环腔壁间隔预设距离设置缝槽，且缝槽向所述开口圆环腔的中心延伸。

此时，如图5和图9所示，开口圆环腔模块以2个开口圆环腔作为示例，并不应理解为对此进行的限定；图5所示的2个开口圆环腔是分开的，图9是开口圆环腔7和开口圆环腔腔9组装后的。

在一个示例中，所述开口圆环腔模块包括2个或3个开口圆环腔。如图5中开口圆环腔模块包括2个开口圆环腔，2个开口圆环腔组合后如图9所示；2个开口圆环腔的中心圆环处的尺寸相互配合。

在一个示例中，如图6和图7所示，所述天线还包括抑径板10，所述抑径板设置为圆环形金属板，所述抑径板的直径大于或等于所述开口圆环腔的直径。

在一个示例中，如图8和图9所示，所述天线还包括微波衰减板11，所述微波衰减板上设置有微波衰减网络，所述微波衰减网络由一组中心对称的，大小不一的微带贴片和与其相连的微波集总元器件串、并联组成。

所述串联为所述微波集总元器件中的电阻设置在所述相邻的两个微带贴片之间，形成的单层结构；所述并联为所述微波集总元器件的电阻设置在所述微带贴片与所述抑径板之间，形成的双层结构；所述微波衰减板与所述抑径板配合使用，以抑制多径信号及杂波。

此时，微波衰减板是一单面敷铜的微波介质板，微波衰减板单面敷铜微波介质板的参数(介电常数和厚度)和上覆铜板的直径根据需要设计确定。这些微带贴片等效L、C与连接电阻可以在工作带内形成并联谐振回路，使其端阻抗趋于无穷大以阻止电流形成；也可以微带贴片和电阻构成串联谐振回路，其端阻抗在工作带内接近于零，使电流短路。无论设计成并联开路，还是串联短路，它都可设计在需要频率上形成大的RF衰减，以阻止杂波及其多径信号在该组件上的生成和传播。这种结构对由下方投入的杂波和反射干扰波等能更有效的抑制，提高整个天线的抗干扰能力。计算机仿真结果表明，基本上可以在导航全频段实现近似于的无后瓣心脏形归一化辐射方向图。

在一个示例中，所述天线还包括低噪声放大LNA模块，所述低噪声放大LNA模块设置于所述开口圆环腔的底部中央。

此时，安装LNA模块形成有源天线，也可以根据需要不安装LNA模块，设置为无源天线。

本申请还公开了一种蘑菇头PNT组合设备，所述设备包括如上任一所述的一种蘑菇头PNT组合天线。

本发明天线采用模块化设计，组装便捷，且天线结构简单、尺寸小、质量轻，从而节省了天线的制造成本；此外，天线采用积木式的模块集成方式，组合成不同性能的终端独立天线，满足不同用户需求。

此外，本申请实施例有以下优点：

1、蘑菇头振子及其电容补偿实现了短、矮振子宽带0°/180°平衡馈电

所述辐射单元模块由两部分组成：一部分是蘑菇头辐射振子和支撑柱体。通过独有的展宽频带设计和电容阻抗补偿技术，限制振子与地板高不超过≈λ/6。即便振子与接地板高度不在λ/4附近，也不会在支撑杆外壁出现电流引起方向图的不对称。利用支撑柱内部的微波电路设计既实现了平衡到不平衡的0°～180°的Balun，从小型化考虑，设计同时实现主辐射单元组件的宽带、低高度。

2、蘑菇底板组件在基本不增加结构尺寸的情况下，有效地抑制多径效应

多径干扰是当今高精度定位的主要误差源。本申请天线没有继续采用电抗性扼流圈衰减而是改用了阻性衰减。提高抑制多径效应的能力，首先应从天线方向图设计作起。如果天线方向图具有高的滚降、高的前后比和良好的广角园极化的园对称方向图性能，那它将具有好的抗多径性能。本申请重点是关注其方向图。蘑菇底板组件在一个恰当直径的金属平板上表面垂直加装有多个中心对称的径向金属耦合板，两两径向耦合板构成截止平板波导，阻止表面波传输。所述蘑菇底板组件完成了方向图赋形的空间滤波，对提高多径抑制效能起到了至关重要的作用。

此外，还在该蘑菇底板组件的边缘增加了一个适当高度的环形凹槽，该环形凹槽可以对经径向耦合板未能衰减完的电磁干扰源再进行散射和反射，来进一步地抑制其杂波，达到更好的抑制效果；同时它还可以减少天线本体的横向尺寸，使得天线更小型化。这是本天线抑制多径的第一道防线，不仅增强了抑制多径能力，而且减少天线本体尺寸。

3、蘑菇支撑柱与RF馈电及匹配的融合实现了宽带自匹配

蘑菇支撑柱是圆柱支撑杆，结构更紧凑。

用两条正交的缝槽把柱体分成四部分，其中两个为馈电支撑杆，另外两个为辅助支撑杆。所述蘑菇头振子分别安装于四个支撑杆体顶部。两个相邻的馈电支撑杆内置带匹配段的同轴芯线，所述同轴芯线的一端通过金属互连线连接到对侧的支撑杆同轴芯线上；另一端与极化隔离功分装置(LNA)的输入端相连；另外两个支撑杆同时形成底部开路的辅助调配同轴线，所述底部开路的辅助调配同轴线通过顶部形成的分布电容使对侧支撑杆同轴芯线与蘑菇头振子保持微波连接，形成0°/180°的平衡馈电balun，并与对侧支撑杆的同轴线形成阻抗调配网络。所述蘑菇头振子顶部通过圆环形介质垫圈共轴安装一个圆形金属板，它作为引向器，对方向图和阻抗匹配起到微调作用。在1.1-1.7GHz带内，无需外接匹配网络，实现了馈电的宽带自匹配。其端口驻波比VSWR≦1.2，完全满足了多星共用的多频、多模应用要求。

4、开口园环腔模块和抑径板继续完成的残余多径电磁源的抑制

本申请天线如果需要进一步改善辐射方向图，实现抑制多径更好的效果，可采用在紧临蘑菇底板组件的底部同轴套叠加上一组开口向上的园环腔模块，开口圆环腔通过调整其几何参数，使圆环腔开口处形成微波开路，以阻止电磁流在口面形成。同时在开口圆环腔开口处有一组径向槽缝，调整槽缝尺寸可进一步抑制残余环电流辐射，这样对表面波和杂散波起到双重的抑制。力争做到无后向反旋波瓣。这种抑制多径的方法可使其达到最完全的抑制效果。与通常的2D/3D扼流圈相比，不仅抑制多径效果更佳，其口径尺寸和纵向尺寸都要小很多。圆环腔模块中开口圆环腔的尺寸和数量根据实际需要设置，在此不进行限定。

此外，还可以增加抑径板，用一块金属平板来对杂波及其多径进行抑制，同时它也可根据需要将一个金属平板与微波衰减网络平板整合成一个具有复合的抑径效果的组件。微波衰减网络可以是由一组中心对称的微带贴片加微波电阻和电抗器件形成的新型微波介质板，它可以在需要频率上形成大的RF衰减，或微波短路以阻止杂波及其多径信号的生成和传播。在不增加结构尺寸的情况下可获得更有的多径抑制效果。

5、实现双极化天线及其极化滤波抗干扰

蘑菇支撑柱下端接极化隔离功分装置(Hybrid),该极化隔离功分装置包括两个输入端口和两个输出端口，两个输入端口分别与蘑菇支撑柱中二个馈电同轴线的芯线相连。两个输出端口中，输出右旋圆极化(Right-hand circular polarization，RHCP)信号的一端与接收机相连，另一个输出端口与吸收电阻相连。所述吸收电阻将由此引出的左旋圆极化网络(Left-Hand Circular Polarization，LHCP)信号吸收，所述极化隔离功分装置构成的功分网络不同于一般的3dB功分器，它不仅实现功率分配和90°移相外，还能对一次反射的正交极化分量LHCP吸收，阻止对接收机直达信号的干扰。

6、现代设计手段是最优设计和创新的技术基础

现代设计手段可以利用超强数据处理能力的计算机仿真平台，将微波的电设计转换成机械结构参数的优化。采用机电一体化设计，通过几何形状和尺寸的选择，使该振子结构在频率变化时，保持了电流分布基本不变，维持其空间辐射特性、极化和阻抗的宽频带特性。利用支撑杆内部的微波电路设计既实现了平衡到不平衡的0°-180°的Balun，又在无需外置馈电匹配网络的情况下实现了与50Ω馈电系统的匹配。从小型化考虑，限制了蘑菇头振子与蘑菇底板组件高不超过≈λ/6，通过蘑菇底板组件的圆环形金属板的尺寸和梯形体金属板的尺寸和形状选择，让其形成径向平板波导，该波导对接地板上表面波形成截止衰减模，或再加上开口园环腔模块和抑径板作用，使其在接地板边缘的电流变得十分微弱甚至消失，以阻止多径效应。设计中众多的参数需要确定，而且这些参数间是相互影响和制约的，仅靠传统的概念模拟方法是无法完成的。所有这些微波的电的设计都通过建立精确的结构数字模型，利用计算机仿真平台进行仿真与优化，才可能将微波电设计转换成最优的结构参数确定。

下面以仿真实验数据为例，对本申请的组合天线的技术效果进行说明。

实验一：由蘑菇头振子、蘑菇支撑柱以及蘑菇接地组件组成的天线

蘑菇头振子和蘑菇支撑柱，是由高＝34mm的圆柱支撑杆和由4个113°折弯的蘑菇头振子组成。蘑菇接地板组件是一个直径在160mm的金属平板，垂直于平板上端面、中心对称地分布有8个径向金属板。蘑菇支撑柱从顶部开始有两条正交槽缝，在其底部短路。蘑菇支撑柱安装在蘑菇接地组件中央，其顶部自上而下地、同轴安装有圆形金属板、圆环垫圈和蘑菇头振子。

蘑菇支撑柱通过正交的4缝槽把该蘑菇支撑柱切割成4根独立柱体。该4柱体底部被短路为一体。四柱体内部形成了不同阻抗的同轴线。其中有两根为与50Ω馈线匹配的馈电同轴线。另外两根是辅助同轴线，以作阻抗匹配用。

以下为仿真的性能：(所有数据取2位有效位)

频率,MHz	1176	1207	1227	1268	1561	1575	1603
								总增益,G0,dBi	7.09	7.14	7.11	6.98	7.15	7.11	7.11
G60,dBi	1.26	1.33	1.30	1.16	1.09	1.04	1.21
								G180,dBi	-12.02	-12.99	-13.50	-14.68	-17.68	-17.62	-17.63
F/B,dB	≈19	≈20	≈20.5	≈21.6	≈24.8	≈24.7	≈24.7
								轴比,dB AR0	0.19	0.19	0.16	0.11	0.42	0.42	0.59
AR60	1.97	1.73	1.59	1.30	1.38	1.46	1.84
								AR90	5.53	4.94	4.65	4.09	0.83	1.03	1.17
VSWR	1.13	1.12	1.11	1.08	1.05	1.05	1.06

仿真结果表明：本次试验的天线已经达到了GNSS终端接收天线半球波束特性的基本性能。比如：主向增益G0≥7.0dBic；半球波束宽度，保持±60°角域内增益电平不低于1dBi；滚降大致能维持在12dB左右；前后比≈≤20dB；主向圆极化AR≤0.5dB；在整个带内驻波比≤1.20。

上述6项主要指标，除方向图前后比还不够理想外，其余参数达到了测量型天线基本要求。蘑菇头振子模块是该类天线的基础，它已确定了天线的基本性能。由于接地板直径不足够大(≈160mm)，主要表现为:存在有近-20dB的反旋后瓣。在导航低频段(GPS～L2、L5)F/B仅在19～20dB左右，形成一个纺锤形的反旋极化后瓣，这对抑制多径效应是不利的。如果使用环境条件较好，或用户对抗多径要求不高的情况下，该该天线应该是一个好的选择，因为这样的天线结构轻小、简单。天线本体尺寸大致为≈40mm×160mm，重量不足200g，成本也相对低。作为移动终端(车载、RTK)的测量型天线是一个不错的选择。

试验二：由开口圆环腔模块、抑径板、蘑菇头振子、蘑菇支撑柱以及蘑菇接地组件组成的天线

以下为仿真数据：

频率，MHz	1176	1207	1227	1268	1561	1575	1603
								G0，dBi	7.85	7.79	7.74	7.60	7.67	7.53	7.53
G60，dBi	1.20	1.09	1.09	1.16	1.24	1.24	1.13
								G70，dBi	-0.92	-1.01	-1.01	-1.34	-1.10	-0.68	-0.68
G90，dBi	-5.49	-5.48	-5.86	-5.65	-6.16	-6.10	-5.77
								G120,dBi		-12.59	-12.34	-12.32	-13.55	-13.40	-13.18
G150，dBi	-20.05	-20.03	-20.65	-21.13	-21.64	-21.46	-21.32
								G180，dBi	<-30	<-30	<-30	<-30	<-30	<-30	<-30
滚降，dB	>13	>13	>13	>13	>13	>13	>13
								F/B，dB	>35	>35	>35	>35	>35	>35	>35
AR0，dB	0.05	0.07	0.10	0.09	0.08	0.09	0.08
								AR60，dB	2.19	2.43	2.31	2.49	0.95	0.88	0.76
AR90，dB	3.91	3.56	3.44	3.36	2.77	2.59	2.05
								VSWR≤	1.62	1.26	1.10	1.10	1.14	1.15	1.18

仿真结果表明：全频段各点总的方向性增益G0≧7.5dBi；比当今主流同类天线一般高出2dB；有良好的广角圆极化性，全频段(1.1～1.7GHz)、覆盖区内(0°～±60°角域)，圆极化轴比AR≦2.5dB，这也是当今主流同类天线不及之处；方向图圆对称、高滚降、高前后比、特别是在30dB动态范围内无后瓣，这也是当今主流同类天线无法比拟的优势，具有高的抗多径能力；在全频段(除1176MHz)，各点的VSWR≦1.2，宽带自匹配是本天线的固有优点，微带、螺旋及其他类型天线无法比拟的。

综上，从计算机设计上看，其性能多有超过现今同类天线，居首。

本试验二的天线加抑径板，隔离天线经缝隙的电磁泄露，抑径板起着对后向辐射方向图细微上的改变，最明显的是使高端150°后向电平压低(有-17～18dB，降至20～21dB)，做到了在30dB动态范围内，完全无后瓣。抑径板起到了波束赋形的作用使天线全空间辐射进一步逼近理想。由于控制了后向波束，进一步提升了前向增益(约0.2-0.3dB)，并改善了广角园极化。

下面对试验二的天线，进行计算机仿真性能与电性样机实测数据进行比较。

为了验证新天线设计的实用性，按计算机设计参数构造了天线样机，并对样机天线进行了全面严格测试。测试地点选择在西安海天SATIMO近场测试中心。按7个频点(1176、1207、1227、1278、1561、1575、1611MHz)测试。测试前对场地和被测样件进行了激光对齐。(被测天线载物台的微波屏蔽不太好，可能对后向弱电平区或极化轴比有较大影响)。

天线的计算机仿真数据与实测数据进行比较，列表如下：

上表格：按的关系，将测试的dB数转换成数值，已知某角度上主(RHCP)极化分量和交叉(LHCP)分量，可按换算得到其轴比。

上表比对看出，测试与仿真结果吻合。说明计算机仿真设计的精准度是高的，天线的加工精度高，测试及其近远场变换精度高。否则不可能得到如此吻合的测试与仿真结果。这从另一个侧面证实了本发明天线的正确性、可实现性。

测试结果表明发明新天线：

在整个带内增益不低于7dBic，比3D扼流圈高出1.5～2.0dB，说明新天线具有高的效率；整个带内方向图前后比，F/B≥30dB，无超过-30dB的后瓣，这种超抗多径性能也是当今同类天线无可比拟的；全空间30dB的动态范围内，仅有RHCP为主极化，极化轴比有变化，但不出现反旋分量的空间角域，其极化和方向图性能逼近设计的目标函数；广角园极化性能佳，在±60°覆盖角域内，轴比不超过2dB有非常优良的园极化特性；天线相位中心变化，全频段内、±70°的半球波束内，PCV(1σ)≤0.5mm，有高的稳定相位中心；仰角20°的天线增益≥-1.5dBi，在低仰角的电平比3D扼流圈高，呈现出更低波束截止角，直接有助于可捕获与跟踪卫星数，可改善接收信号数据质量和接收的稳定性、可用率和周跳比率都有明显提高。

上述实测的天线样机是无源天线，也就是天线没有低噪声放大器(Low NoiseAmplifier，LNA)模块。

此外，对有源天线(LNA放大系数＝50dB)也进行了相同的测试，测试结果与无源天线一致。

本发明天线采用积木式的模块集成方式，组合成不同性能的PNT独立天线，满足不同用户需求。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

专业人员应该还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。

以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。

Claims (10)

1.一种蘑菇头PNT组合天线，其特征在于，所述天线包括蘑菇头振子(3)、蘑菇支撑柱(4)以及蘑菇底板组件(6)；其中，

所述蘑菇头振子(3)安装在所述蘑菇支撑柱(4)上，且所述蘑菇头振子(3)上侧设置圆环形介质垫圈(2)，所述圆环形介质垫圈(2)上表面安装圆形金属板(1)；所述蘑菇头振子(3)设置为碗型结构；

所述蘑菇支撑柱(4)通过圆环固定座(5)安装在所述蘑菇底板组件(6)中心位置，所述蘑菇底板组件(6)包括圆环形金属板以及梯形体金属板(601)；所述圆环形金属板四周设置环形凹槽(602)，且垂直于所述圆环形金属板上设置中心对称的所述梯形体金属板，所述梯形体金属板的上底面与所述凹槽内边缘相切。

2.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述圆环形介质垫圈(2)下表面设置四个隔离块(201)，将所述蘑菇头振子(3)隔离成四个分开的蘑菇振子；其中，所述蘑菇振子的弯折角度设置为113°。

3.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述蘑菇支撑柱(4)在其顶部设置有两条正交缝槽，将所述蘑菇支撑柱(4)切分成四部分；

四部分均设置有圆杆支撑柱，且四圆杆支撑柱底部短路；其中两根是与50Ω馈线匹配的馈电同轴线；另外两根是辅助同轴线；

所述蘑菇支撑柱(4)的中心线形成空隙，以便于RF电缆穿过，提供给所述圆形金属板上的移动通信或短报文天线使用。

4.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述天线包括开口圆环腔模块，所述开口圆环腔模块包括至少一个开口圆环腔(7)；其中，

所述开口圆环腔设置在所述蘑菇底板组件(6)的下方，其四周圆环腔壁间隔预设距离设置缝槽，且缝槽向所述开口圆环腔的中心延伸。

5.根据权利要求4所述的天线，其特征在于，所述天线还包括抑径板(10)，所述抑径板设置为圆环形金属板，所述抑径板的直径大于或等于所述开口圆环腔的直径。

6.根据权利要求5所述的天线，其特征在于，所述天线还包括微波衰减板(11)，所述微波衰减板上设置有微波衰减网络，所述微波衰减网络由一组中心对称的，大小不一的微带贴片和与其相连的微波集总元器件组成。

7.根据权利要求6所述的天线，其特征在于，所述微波集总元器件中的电阻设置在所述相邻的两个微带贴片之间，形成单层结构的微波衰减网络。

8.根据权利要求6所述的天线，其特征在于，所述微波集总元器件的电阻设置在所述微带贴片与所述抑径板之间，形成双层结构的微波衰减网络。

9.根据权利要求4所述的天线，其特征在于，所述天线还包括低噪声放大LNA模块(8)，所述低噪声放大LNA模块设置于所述开口圆环腔的底部中央。

10.一种蘑菇头PNT组合设备，其特征在于，所述设备包括如权利要求1-9任意一项权利要求所述的蘑菇头PNT组合天线。