CN111129739A - 一种小型化抗高过载的圆极化全向天线 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种小型化抗高过载的圆极化全向天线，包括内部设有螺旋组件和低噪放组件的天线罩，螺旋组件通过低噪放组件固定在天线罩内；所述的螺旋组件包括螺旋柱，其上开设有双螺旋线；所述的低噪放组件包括固定在低噪放腔体与低噪放屏蔽盖之间的低噪声电路板；所述的螺旋柱与低噪放腔体固定连接，双螺旋线的一端与低噪声电路板相连接，另一端接地；固定栓依次穿过低噪放屏蔽盖、低噪放腔体与天线罩固定连接。本发明的双螺旋线提供的圆极化天线，可以满足飞行器飞行过程中全程接收卫星信号，尤其是飞行器面朝地的情况下能够保证接收信号的可靠性。
Description
技术领域
本发明属于飞行器天线技术领域，涉及一种小型化抗高过载的圆极化全向天线。
背景技术
随着科技的发展，各种飞行器制导系统的应用领域在不断扩大，飞行器卫星导航天线成为了新的研究热点。但是将天线放进飞行器头部的难度很大，要求飞行器天线必须具有尺寸小，重量轻，机械强度和刚度好，且需要满足飞行器在不同姿态下均能接收卫星信号的要求。为了实现天线小型化和抗高过载的需求，技术工作者从多面进行了研究。
前安装于飞行器头部主要有两种天线，一种是微带天线；例如授权公告号为CN206497984U、名称为“一种高增益高精度头端弹载天线”的中国专利，公开了一种高增益高精度头端弹载天线，包括设于弹体头端的锥形外罩，锥形外罩与弹体头端形成一空腔，包括介质天线、与介质天线连接的信号处理PCB板。虽然其解决了天线厚度较薄的问题，但是介质微带天线对于飞行器仍存在诸多问题，主要体现在微带天线的最大增益为天线辐射方向朝天时的状态，而飞行器的发射、飞行、下降都不能保证天线最大辐射方向面朝天顶，尤其是在下降阶段，此时天线背面朝着卫星，其增益较低，会导致飞行器接收卫星信号的能力变差或者接收不到卫星信号。同时高频复合板微带天线尺寸较大，很难放入飞行器头部，陶瓷微带天线尺寸虽然没有问题，但是其抗高过载能力不足，在大冲击下会出现破裂的问题。
另一种是单螺旋全向天线；例如授权公告号为CN109244631A，名称为“小型化抗高过载线极化单螺旋天线”的中国专利。虽然其解决了飞行器天线小型化的问题，但是仍存在一些问题，第一个问题是单螺旋天线是线极化天线，而卫星信号为圆极化信号，这样会导致线极化天线接收圆极化信号损失3dB的增益；第二个问题是单螺旋天线由于尺寸较小，不同反射底板会影响天线的谐振频率及方向图，一致性较差，容易受外界的干扰。
综上所述，针对飞行器头部安装的天线，往往希望其既可以产生圆极化，又能满足小型化，抗高过载等要求，而现有的飞行器天线均不能同时满足以上需求。
发明内容
本发明解决的技术问题在于提供一种小型化抗高过载的圆极化全向天线，对天线结构和安装方式进行改进，能够很好地兼顾天线的机械与电气要求，适合安装于小型飞行器头部。
本发明是通过以下技术方案来实现：
一种小型化抗高过载的圆极化全向天线，包括内部设有螺旋组件和低噪放组件的天线罩，螺旋组件通过低噪放组件固定在天线罩内；
所述的螺旋组件包括螺旋柱，其上开设有双螺旋线；所述的低噪放组件包括固定在低噪放腔体与低噪放屏蔽盖之间的低噪声电路板；所述的螺旋柱与低噪放腔体固定连接，双螺旋线的一端与低噪声电路板相连接，另一端接地；
固定栓依次穿过低噪放屏蔽盖、低噪放腔体与天线罩固定连接。
进一步的，所述的双螺旋线以双臂的形式绕在螺旋柱外圈开设的螺旋槽中，双螺旋线的绕线方式为右旋方式：双螺旋线从螺旋柱底部的第一端出发，顺时针向上绕到达螺旋柱顶部；双螺旋线在穿过螺旋柱横断面且经过轴心后，从顶部开始顺时针等螺距的绕到螺旋柱底部伸出为第二端；其中第一端与低噪声电路板的信号端相连接，第二端与低噪声电路板的接地端相连接。
进一步的，所述的螺旋柱通过对称的螺钉固定在低噪放腔体上；低噪放电路板通过螺钉、螺母固定在低噪放腔体内；低噪放组件通过多组相对称的螺钉固定在天线罩内。
进一步的，所述的螺旋柱与低噪放腔体、低噪放电路板固定为一体：固定螺钉依次穿过螺旋柱、低噪放腔体、低噪放电路板上开设的通孔，通过固定螺母将三者固定。
所述的螺旋柱底部开设有梅花状的结构，固定螺钉以对称的形式设在花瓣之间；
所述的低噪放腔体为方向倒角的限位架构，所述的低噪放电路板为圆形轮廓，低噪放电路板开设有与固定螺钉相匹配的的通孔。
所述的固定栓先穿过低噪放屏蔽盖上开设的沉头孔，再穿过低噪放腔体上开设的螺孔，固定于天线罩内。
进一步的，所述的螺旋柱为圆柱状，天线罩的头部为圆台状，螺旋柱的顶部与天线罩顶端相贴合；天线罩内开设有与低噪放腔体、低噪放屏蔽盖相匹配的容纳腔，其分别与容纳腔相贴合。
进一步的，所述的低噪放屏蔽盖上还设有输出通孔，低噪放电路板的外接线穿过输出通孔与外部接收机相连接。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明提供的小型化抗高过载的圆极化全向天线，通过限位结构及螺钉将螺旋柱、低噪放模块与天线罩固定结合在一起，保障其在恶劣的环境中能正常工作，保证了天线的稳定性和抗高过载要求；而且设计紧凑，尺寸小，适合安装于小型飞行器头部，双螺旋线提供的圆极化可以满足飞行器飞行过程中全程接收卫星信号，尤其是飞行器面朝地的情况下能够保证接收信号的可靠性。
本发明提供的小型化抗高过载的圆极化全向天线，结构可靠性高，全部通过螺丝连接，适合大过载的动态应用；工艺简单，电气性能一致性好，适合批量生产。
附图说明
图1是本发明的分解立体结构示意。
图2是本发明的立体结构剖视图示意。
图3是本发明的螺旋柱结构图示意。
图4是本发明的螺旋柱与低噪放模块组件结构图示意。
图5是本发明的螺旋柱结构底部图示意。
图6是本发明的天线的驻波比与频率的关系曲线。
图7a、图7b分别为1575MHz频点天线垂直面增益方向图和水平面增益方向图。
图8a、图8b分别为1561MHz频点天线垂直面增益方向图和水平面增益方向图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步详细描述，所述是对本发明的解释而不是限定。
本发明提出了一种小型化抗高过载圆极化全向天线，用于解决现有的飞行器天线因尺寸较大和抗高过载的能力不足导致其接收卫星信号偏弱的技术问题，其主要包括：天线罩、螺旋柱、低噪放组件和固定螺钉；所述螺旋柱采用双螺旋结构，螺旋线的一端与在低噪放组件相连接中，另一端接地，此种螺旋形式可产生圆极化；采用本发明能够有效实现全向圆极化天线在飞行器产品上的应用，解决小型化、高过载等难题。
参见图1～图5，一种小型化抗高过载的圆极化全向天线，包括内部设有螺旋组件和低噪放组件的天线罩1，螺旋组件通过低噪放组件固定在天线罩1内；
所述的螺旋组件包括螺旋柱3，其上开设有双螺旋线32；所述的低噪放组件包括固定在低噪放腔体4与低噪放屏蔽盖7之间的低噪声电路板5；所述的螺旋柱3与低噪放腔体4固定连接，双螺旋线32的一端与低噪声电路板5相连接，另一端接地；
固定栓8依次穿过低噪放屏蔽盖7、低噪放腔体4与天线罩1固定连接。
进一步的，所述的双螺旋线32以双臂的形式绕在螺旋柱3外圈开设的螺旋槽中，双螺旋线32的绕线方式为右旋方式：双螺旋线32从螺旋柱3底部的第一端33出发，顺时针向上绕到达螺旋柱3顶部；双螺旋线32在穿过螺旋柱3横断面且经过轴心后，从顶部开始顺时针等螺距的绕到螺旋柱底部伸出为第二端34；其中第一端33与低噪声电路板5的信号端相连接，第二端34与低噪声电路板5的接地端相连接。
进一步的，所述的螺旋柱3与低噪放腔体4、低噪放电路板5固定为一体：固定螺钉2依次穿过螺旋柱3、低噪放腔体4、低噪放电路板5上开设的通孔，通过固定螺母6将三者固定。
进一步的，所述的固定栓8先穿过低噪放屏蔽盖7上开设的沉头孔71，再穿过低噪放腔体4上开设的螺孔41，固定于天线罩1内。
下面给出具体的实施例。
参见图1～图5，一种小型化抗高过载的圆极化全向天线，其包括：天线罩1、固定螺钉2、螺旋柱3、低噪放腔体4、低噪放电路板5、固定螺母6、低噪放屏蔽盖7和固定栓8。其中，螺旋柱3通过四个固定螺钉2固定于低噪放模块4上，且双螺旋线32的第一端33焊接在低噪放电路板5的信号线中，另一端接地；低噪放电路板5通过固定螺母6固定在低噪放模块4中，低噪放模块4安装于天线罩1的安装螺钉8一方面起到固定作用，另一方面可以防止天线旋转。
下面对各部件进行具体的说明。
天线罩1选用聚四氟乙烯材料，保证了天线在大过载冲击下的强度，同时聚四氟乙烯更利于天线透波。
螺旋柱3为圆柱形，螺旋柱上沿着螺旋线的位置开槽，双螺旋线32通过双臂的形式绕在螺旋柱3上的槽中，双螺旋线32的第一端33焊接在低噪放电路板5的信号线中。双螺旋线32的绕线方式为右旋方式，从螺旋线一端的位置出发，顺时针向上绕一圈，螺距和直径根据不同的频率有所区别，到达顶部后双螺旋线32穿过螺旋柱3横断面且经过轴心，然后从顶部开始顺时针等螺距的绕到螺旋柱底部伸出为第二端34，最后焊接于低噪放电路板5的接地端上。
双螺旋线32的螺距、直径根据天线的频率而定：天线频段为1575MHz时，螺距为13mm、直径为12mm；天线频段为1268MHz时，螺距为13mm、直径为16mm。
螺旋柱底部为梅花结构，与低噪放模块组装后可以限位及防转。
低噪放组件由低噪放腔体4，低噪声电路板5，低噪放屏蔽盖7组成。
低噪放电路板5主要作用为将接收到的卫星信号放大30dB后给接收机，具体的其轮廓设计为圆形，而滤波去噪、放大等电路连接可以采用的电路板即可。低噪放电路板5上设有与低噪放腔体4固定的通孔51。低噪放腔体4设计成方向倒角架构，可以限位低噪放模块与天线罩相互位置，防止内部旋转，增强了系统稳定性。
低噪放电路板穿过螺旋柱3与低噪放腔体4的固定螺丝2，通过固定螺母6固定在低噪放腔体上，此方法通过共用螺丝，节省了螺丝占用的面积，给低噪放节省了空间，有利于天线小型化。
低噪放屏蔽盖7通过安装螺钉8，先穿过低噪放屏蔽盖7的沉头孔71，再穿过已经与螺旋柱3固定的低噪放腔体4上的螺孔41，安装于天线罩1上。本发明的天线整体外形非常适合于飞行器头部锥形的结构外形，有效利用了空间尺寸；安装螺钉8一方面起到固定作用，另一方面可以防止天线与外罩的相互旋转。
低噪放输出通过低噪放屏蔽盖7的通孔72与外部接收机设备进行连接
所述天线罩和螺旋柱采用聚四氟乙烯材料，此材料的外罩具有抗风抗震抗冲击功能，使整个天线结构可靠；所述低噪放模块采用不锈钢材质，此材料强度高，同等强度下可以加工成更薄的尺寸，适合此处尺寸有严格要求的场景。通过做过载试验(空气炮试验)验证，天线10能承受18000G过载。
具体的，在一个具体实施中天线导航B1L1天线，中心频率1568Mhz，带宽为1268±9MHz，天线安装在飞行器头部位置。天线罩选用聚四氟乙烯材质，螺旋柱高度为17mm，外直径为13mm。在螺旋柱上采用开螺旋槽，将铜线嵌入螺旋槽中工艺，铜线直径1mm，螺旋线的一端焊接在低噪放模块中，另一端接地，从而形成双臂螺旋结构。低噪放模块为方形倒角结构，通过固定螺钉8将低噪放模块与螺旋柱组件整体安装于天线罩上。螺旋天线加低噪放模块的整体高度尺寸为23mm，非常适合安装在头部锥面的位置。
以下结合试验数据，对本发明的技术效果作进一步说明
图6所示为本实施例在1561MHz～1575MHz频段天线驻波比结果图，横坐标为频率，纵坐标为驻波比；图6可以看到本发明实施例在1561MHz～1575MHz频段内驻波比为1.13，满足飞行器系统对天线驻波比小于1.5的设计要求。
图7a和图7b分别为本实施例在1575MHz频点天线垂直面增益方向图和水平面增益方向图结果，从图7a和图7b可以看出本实施例在1575MHz频点具有良好的圆极化全向辐射方向图，可以满足飞行器系统对天线辐射方向图的要求。
图8a和图8b分别为本实施例在1561MHz频点天线垂直面增益方向图和水平面增益方向图结果，从图8a和图8b可以看出本实施例在1561MHz频点具有良好的圆极化全向辐射方向图，可以满足飞行器系统对天线辐射方向图的要求。
因此，本发明提供双螺旋线提供的圆极化天线，可以满足飞行器飞行过程中全程接收卫星信号，尤其是飞行器面朝地的情况下能够保证接收信号的可靠性。
以上给出的实施例是实现本发明较优的例子，本发明不限于上述实施例。本领域的技术人员根据本发明技术方案的技术特征所做出的任何非本质的添加、替换，均属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种小型化抗高过载的圆极化全向天线，其特征在于，包括内部设有螺旋组件和低噪放组件的天线罩(1)，螺旋组件通过低噪放组件固定在天线罩(1)内；
所述的螺旋组件包括螺旋柱(3)，其上开设有双螺旋线(32)；所述的低噪放组件包括固定在低噪放腔体(4)与低噪放屏蔽盖(7)之间的低噪声电路板(5)；所述的螺旋柱(3)与低噪放腔体(4)固定连接，双螺旋线(32)的一端与低噪声电路板(5)相连接，另一端接地；
固定栓(8)依次穿过低噪放屏蔽盖(7)、低噪放腔体(4)与天线罩(1)固定连接。
2.如权利要求1所述的小型化抗高过载的圆极化全向天线，其特征在于，所述的双螺旋线(32)以双臂的形式绕在螺旋柱(3)外圈开设的螺旋槽中，双螺旋线(32)的绕线方式为右旋方式：双螺旋线(32)从螺旋柱(3)底部的第一端(33)出发，顺时针向上绕到达螺旋柱(3)顶部；双螺旋线(32)在穿过螺旋柱(3)横断面且经过轴心后，从顶部开始顺时针等螺距的绕到螺旋柱底部伸出为第二端(34)；其中第一端(33)与低噪声电路板(5)的信号端相连接，第二端(34)与低噪声电路板(5)的接地端相连接。
3.如权利要求1所述的小型化抗高过载的圆极化全向天线，其特征在于，所述的螺旋柱(3)通过对称的螺钉固定在低噪放腔体(4)上；低噪放电路板(5)通过螺钉、螺母固定在低噪放腔体(4)内；低噪放组件通过多组相对称的螺钉固定在天线罩(1)内。
4.如权利要求1所述的小型化抗高过载的圆极化全向天线，其特征在于，所述的螺旋柱(3)与低噪放腔体(4)、低噪放电路板(5)固定为一体：固定螺钉(2)依次穿过螺旋柱(3)、低噪放腔体(4)、低噪放电路板(5)上开设的通孔，通过固定螺母(6)将三者固定。
5.如权利要求1或4所述的小型化抗高过载的圆极化全向天线，其特征在于，所述的螺旋柱(3)底部开设有梅花状的结构，固定螺钉(2)以对称的形式设在花瓣之间；
所述的低噪放腔体4为方向倒角的限位架构，所述的低噪放电路板(5)为圆形轮廓，低噪放电路板(5)开设有与固定螺钉(2)相匹配的的通孔(51)。
6.如权利要求1所述的小型化抗高过载的圆极化全向天线，其特征在于，所述的固定栓(8)先穿过低噪放屏蔽盖(7)上开设的沉头孔(71)，再穿过低噪放腔体(4)上开设的螺孔(41)，固定于天线罩(1)内。
7.如权利要求1所述的小型化抗高过载的圆极化全向天线，其特征在于，所述的螺旋柱(3)为圆柱状，天线罩(1)的头部为圆台状，螺旋柱(3)的顶部与天线罩(1)顶端相贴合；天线罩(1)内开设有与低噪放腔体(4)、低噪放屏蔽盖(7)相匹配的容纳腔，其分别与容纳腔相贴合。
8.如权利要求1所述的小型化抗高过载的圆极化全向天线，其特征在于，所述的低噪放屏蔽盖(7)上还设有输出通孔(72)，低噪放电路板(5)的外接线穿过输出通孔(72)与外部接收机相连接。
9.如权利要求1所述的小型化抗高过载的圆极化全向天线，其特征在于，所述天线罩(1)和螺旋柱(3)采用聚四氟乙烯材料制成；所述低噪放组件均采用不锈钢材质制成。
10.如权利要求1所述的小型化抗高过载的圆极化全向天线，其特征在于，双螺旋线(32)的螺距、直径根据天线的频率而定：天线频段为1575MHz时，螺距为13mm、直径为12mm；天线频段为1268MHz时，螺距为13mm、直径为16mm。
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