CN112397881A - 一种适用于高轨卫星定轨的gnss天线 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种适用于高轨卫星定轨的GNSS天线，能够兼容GPS、GLONASS、BD‑3卫星导航系统且天线增益更高，交叉极化和主极化的后瓣更小、相位中心稳定性更高，可实现高轨卫星精密定轨功能。本发明可以兼容接收美国GPS导航系统、俄罗斯的GLONASS导航系统和我国北斗三代导航系统，同时实现了天线增益提高，此项保证了高轨卫星链路需求，实现了主极化和交叉极化后瓣大幅度减小，此项保证了装星后天线受星体影响降到最小，从而保证天线辐射性能，适用于高轨卫星宽波束高增益GNSS导航。

Description

一种适用于高轨卫星定轨的GNSS天线
技术领域
本发明属于星载微波天线技术领域，具体涉及一种适用于高轨卫星定轨的GNSS天线。
背景技术
随着我国高轨遥感卫星的发展，目前常用星载导航天线，例如单频GPS四线螺旋天线(国家发明专利：自馈相四臂螺旋GPS卫星信号接收天线，ZL200610120166.2)，双频GPS微带天线(国家发明专利：星载多频双模导航天线，201418006470.X)，多模定位导航天线(国家发明专利：一种高低仰角增益多模宽带卫星定位导航天线，201610069720.2)、(国家发明专利：一种精密GNSS定位天线，201010286026)等等，主要问题在于有些天线仅能支持GPS信号接收，有些虽能兼容GPS、GLONASS、BD-3，但是受限于天线增益较低、交叉极化后瓣较大等问题，高轨遥感卫星，由于轨道较高，距离这些导航星座距离较远，导致这些天线均无法在高轨的卫星使用，即：目前这些天线只能适用于低轨遥感卫星精密定轨应用。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种适用于高轨卫星定轨的GNSS天线，能够兼容GPS、GLONASS、BD-3卫星导航系统且天线增益更高，交叉极化和主极化的后瓣更小、相位中心稳定性更高，可实现高轨卫星精密定轨功能。
为实现上述目的，本发明的技术方案如下：
本发明的一种适用于高轨卫星定轨的GNSS天线，包括天线辐射本体以及馈电网络；
所述天线辐射本体包含第一辐射盘、第二辐射盘、第三辐射盘、馈电柱、反射盘及支撑柱；
其中，支撑柱将第一辐射盘、第二辐射盘以及第三辐射盘结构上连接一个整体并固定在馈电网络上；馈电柱用于将馈电网络输出的信号馈入第三辐射盘，第三辐射盘对天线增益起作用，反射盘对方向图形状有影响；第二辐射盘以及第三辐射盘对阻抗匹配、方向图以及增益有作用；
所述天线馈电网络包含馈电带状线、支撑介质、馈电支撑介质、安装螺母、下地板、上地板以及射频插座；
其中，馈电柱深入到上地板内部为一突出部分，与馈电柱固定介质相互配合保证上面进行限位，馈电柱穿过馈电带状线后用安装螺母进行固定，利用馈电支撑介质保证其下限位到下地板；馈电带状线由若干个电桥构成，在其内部布置了若干个支撑介质；下地板、上地板在固定介质、支撑介质和馈电支撑介质相应区域设计成相应外形内嵌尺寸；
所述馈电网络，微波信号由射频插座馈入后完成功率和相位分配，最终馈入天线辐射本体；所述天线辐射本体，将馈电网络馈入的射频信号辐射出去，形成圆极化辐射。
其中，第一辐射盘直径在1/4～1/2波长区间，第二辐射盘直径在1/4～2/3波长区间，第三辐射盘直径在1/3～3/4波长区间。
其中，第一辐射盘到第二辐射盘距离在1/4波长区间，第二辐射盘到第三辐射盘距离为1/8波长，第三辐射盘到反射盘距离1/16波长，且第一辐射盘的直径大于第二辐射盘直径，也大于第三辐射盘直径。
其中，天线辐射本体还包括固定介质，所述固定介质用来固定馈电柱，确保其承受力学载荷。
其中，第一辐射盘、第二辐射盘、第三辐射盘以及支撑柱为一体化加工成型。
其中，第一辐射盘、第二辐射盘、第三辐射盘以及支撑柱联合体底部有凸台精修面从而确保安装垂直度，调整之后第一辐射盘、第二辐射盘、第三辐射盘以及支撑柱联合体穿过馈电网络底部，被螺母固死后点胶。
有益效果：
本发明可以兼容接收美国GPS导航系统、俄罗斯的GLONASS导航系统和我国北斗三代导航系统，同时实现了天线增益提高，此项保证了高轨卫星链路需求，实现了主极化和交叉极化后瓣大幅度减小，此项保证了装星后天线受星体影响降到最小，从而保证天线辐射性能，适用于高轨卫星宽波束高增益GNSS导航。
附图说明
图1为本发明适用于高轨卫星宽波束高增益GNSS天线的示意图。
图2为本发明天线辐射本体剖面图。
图3为本发明馈电网络的俯视图。
图4为本发明馈电网络的侧视图。
具体实施方式
下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
图1示出了本发明适用于高轨卫星宽波束高增益GNSS天线的示意图，包括天线辐射本体1以及馈电网络2。
图2示出了天线辐射本体1剖面图，包括第一辐射盘11、第二辐射盘12、第三辐射盘13、馈电柱14、反射盘15，馈电柱固定介质16和支撑柱17。
其中，支撑柱17将第一辐射盘11、第二辐射盘12以及第三辐射盘13结构上连接一个整体并固定在馈电网络2上。馈电柱14用于将馈电网络输出的信号馈入第三辐射盘13，其到第三辐射盘13的距离也需要根据实际参数进行优化确保效率最高，固定介质16主要用来固定馈电柱14，确保其承受力学载荷。第三辐射盘13主要对天线增益起到较大作用，反射盘15主要对方向图形状有较大影响。第二辐射盘12以及第三辐射盘13主要对阻抗匹配、方向图、增益有较大作用。
图3示出了馈电网络2的俯视图，包含馈电带状线21、支撑介质22和馈电支撑介质23。
图4示出了馈电网络2的侧视图，馈电网络2还包括安装螺母24、下地板25、上地板26以及SMA插座27。
结合图2和图4，为了方便实施装配，馈电柱14深入到上地板26内部为一突出部分，它们与馈电柱固定介质16相互配合保证上面进行限位，随后馈电柱14穿过馈电带状线21后用安装螺母进行固定，随后利用馈电支撑介质23保证其下限位到下地板25，这样保证了馈电柱14上下限位以承受力学载荷。
结合图3，馈电带状线21由若干个电桥构成，为了最大限度减小其尺寸，进行了变形处理，由于馈电带状线21在下地板25和上地板26内为悬空状态，在其内部布置了若干个支撑介质22，保证其在承受力学载荷条件下不变形从而不影响馈电网络的电性能。
下地板25、上地板26在固定介质16、支撑介质22和馈电支撑介质23相应区域设计成相应外形内嵌尺寸，确保能安装嵌入下地板25、上地板26内部。
所述天线辐射本体，将馈电网络馈入的射频信号辐射出去，形成圆极化辐射，波束形状可通过天线辐射本体各项参数进行调整；
所述馈电网络，工作频带可覆盖1500MHz～1650MHz，微波信号由射频插座馈入后完成功率、相位分配，最终馈入天线辐射本体。
本发明的工作原理是：射频信号通过射频插座馈入馈电网络，馈电网络分为四路信号，这四路射频信号功率相等、相邻两路相位差为90°，随后四路信号通过馈电柱激励第一辐射盘，第一辐射盘同第二辐射盘、第三辐射盘形成电磁耦合将射频信号实现相应的电场叠加从而形成圆极化辐射。
在实际应用中，第一辐射盘11、第二辐射盘12、第三辐射盘13以及反射盘15的具体尺寸需要协同仿真优化来确定。其中，第一辐射盘11直径在1/4～1/2波长区间，第二辐射盘12直径在1/4～2/3波长区间，第三辐射盘13直径在1/3～3/4波长区间。第一辐射盘11到第二辐射盘12距离约在1/4波长区间，第二辐射盘12到第三辐射盘13距离应约为1/8波长，第三辐射盘13到反射盘15距离约为1/16波长。且第一辐射盘11的直径应大于第二辐射盘12直径，也应大于第三辐射盘13直径。
天线整体的装配关系为：首先将馈电网络2的金属壳体同馈电带状线21、支撑介质22和馈电支撑介质23进行安装，然后将馈电柱14同馈电带状线21安装连接，尾部用螺母安装固定，完成后用锡焊防松；随后将上述联合体同反射盘15集成，完成后，调整馈电柱14(共计4个)的上表面高度差的一致性，完成后同第一辐射盘11、第二辐射盘12、第三辐射盘13以及支撑柱17集成装配，其中，第一辐射盘11、第二辐射盘12、第三辐射盘13以及支撑柱17为一体化加工成型，第一辐射盘11、第二辐射盘12、第三辐射盘13以及支撑柱17联合体底部有凸台精修面从而确保安装垂直度，调整之后第一辐射盘11、第二辐射盘12、第三辐射盘13以及支撑柱17联合体穿过馈电网络底部，用螺母固死，点胶，如图1所示。
该实施例保证天线在1.5GHz～1.65GHz的工作频段范围内天线实测轴向增益大于11dbic，±30°锥内实测增益大于7.1dBic，轴比小于2dB,装星后相位中心稳定度不大于2mm。同时该天线具有结构简单、刚度好、可靠性高等优点，可用于高轨卫星GNSS天线。
以上公开的实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于所述的实施例。通过以上所述可知，本发明中的许多内容可作修改和替换，本实施例固定了某些取值只是为了更好地说明本发明的原理和应用，从而更易理解和运用。凡在本发明的技术方案的基础上所做的局部改动、等同替换、改进等均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种适用于高轨卫星定轨的GNSS天线，其特征在于，包括天线辐射本体以及馈电网络；
所述天线辐射本体包含第一辐射盘、第二辐射盘、第三辐射盘、馈电柱、反射盘及支撑柱；
其中，支撑柱将第一辐射盘、第二辐射盘以及第三辐射盘结构上连接一个整体并固定在馈电网络上；馈电柱用于将馈电网络输出的信号馈入第三辐射盘，第三辐射盘对天线增益起作用，反射盘对方向图形状有影响；第二辐射盘以及第三辐射盘对阻抗匹配、方向图以及增益有作用；
所述天线馈电网络包含馈电带状线、支撑介质、馈电支撑介质、安装螺母、下地板、上地板以及射频插座；
其中，馈电柱深入到上地板内部为一突出部分，与馈电柱固定介质相互配合保证上面进行限位，馈电柱穿过馈电带状线后用安装螺母进行固定，利用馈电支撑介质保证其下限位到下地板；馈电带状线由若干个电桥构成，在其内部布置了若干个支撑介质；下地板、上地板在固定介质、支撑介质和馈电支撑介质相应区域设计成相应外形内嵌尺寸；
所述馈电网络，微波信号由射频插座馈入后完成功率和相位分配，最终馈入天线辐射本体；所述天线辐射本体，将馈电网络馈入的射频信号辐射出去，形成圆极化辐射。
2.如权利要求1所述的适用于高轨卫星定轨的GNSS天线，其特征在于，第一辐射盘直径在1/4～1/2波长区间，第二辐射盘直径在1/4～2/3波长区间，第三辐射盘直径在1/3～3/4波长区间。
3.如权利要求2所述的适用于高轨卫星定轨的GNSS天线，其特征在于，第一辐射盘到第二辐射盘距离在1/4波长区间，第二辐射盘到第三辐射盘距离为1/8波长，第三辐射盘到反射盘距离1/16波长，且第一辐射盘的直径大于第二辐射盘直径，也大于第三辐射盘直径。
4.如权利要求1所述的用于高轨卫星宽波束高增益测距天线，其特征在于，天线辐射本体还包括固定介质，所述固定介质用来固定馈电柱，确保其承受力学载荷。
5.如权利要求1所述的用于高轨卫星宽波束高增益测距天线，其特征在于，第一辐射盘、第二辐射盘、第三辐射盘以及支撑柱为一体化加工成型。
6.如权利要求1所述的用于高轨卫星宽波束高增益测距天线，其特征在于，第一辐射盘、第二辐射盘、第三辐射盘以及支撑柱联合体底部有凸台精修面从而确保安装垂直度，调整之后第一辐射盘、第二辐射盘、第三辐射盘以及支撑柱联合体穿过馈电网络底部，被螺母固死后点胶。
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