CN113140908A - 一种宽带圆极化卫星导航移动终端天线罩 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种宽带圆极化卫星导航移动终端天线罩，包括罩壳、罩底、窗形凸出单元以及铜制矩形环，罩壳的上壁的内侧呈矩阵方式排列有4个窗形凸出单元，窗形凸出单元上设置铜制矩形环。本发明由于采用三种壁厚，引入四个铜制矩形环环作为频率选择单元的设计，使得本发明在1.23GHz～1.87GHz的全频段范围内具有电压驻波比小、阻抗带宽宽、轴比小、轴比带宽宽、增益高、成本低、加工简单、调试方便等特点，非常适合于北斗、GPS和GLONASS频段的应用。
Description
技术领域
本发明涉及通信系统领域，尤其涉及一种宽带圆极化卫星导航移动终端天线罩。
背景技术
早在二十世纪七十年代开始，美国的GPS，俄罗斯的GLONASS，欧洲的GALILEO以及中国的北斗导航系统均使用了圆极化天线来进行信号传输。因此，为保证通信链路的正常运行及畅通，圆极化天线经常作为现代很多通信系统的发射器和接收器。高质量的宽带圆极化导航天线罩除了可以保护圆极化天线不受灰尘和天气变化的影响，还能提高其电性能。
天线罩的罩壁结构有多种，其中A夹层结构、B夹层结构、C夹层结构、单层薄壁结构等较为常见，为了提高某些频段范围内透波率的性能，有些天线罩还采用了金属丝加载技术、频率选择性表面(FSS)技术以及利用超材料等。天线罩的几何外形通常有锥形、正切卵形、以及半球形，根据天线罩所要应用的背景和作用不同，会选择不同外形结构的天线罩。
目前，天线罩作为一个重要的保护结构，常常应用于地面天线系统、空气动力雷达系统和机载雷达系统，然而鲜少应用于小型天线。宽带圆极化导航天线是一种精密仪器，其外形尺寸和表面精度都有很高的要求，为了提高宽带圆极化导航天线的抗干扰和防尘能力及其稳定性，确有必要提出一种适用于该天线的天线罩。该天线罩能够覆盖北斗、GPS和GLONASS全频段，在保障宽带圆极化导航天线的轴比和方向性的基础上，降低天线驻波比，提高阻抗带宽进而保障有效轴比带宽。
发明内容
本发明提供一种宽带圆极化卫星导航移动终端天线罩，以克服天线驻波比高的问题。
为了实现上述目的，本发明的技术方案是：一种宽带圆极化卫星导航移动终端天线罩，其特征在于：包括罩壳、罩底、窗形凸出单元以及铜制矩形环，所述罩壳长为0.84λ0-0.85λ0、宽为0.84λ0-0.85λ0、高为0.3λ0-0.31λ0，所述罩壳的上壁厚为0.01λ0-0.02λ0、一对侧壁厚为0.02λ0-0.03λ0、另一对侧壁厚为0.025λ0-0.035λ0，所述罩壳的上壁的内侧呈矩阵方式排列有4个窗形凸出单元，相邻两个窗形凸出单元前后间距0.18λ0-0.19λ0、左右间距0.2λ0-0.22λ0，每个窗形凸出单元高为0.01λ0-0.015λ0、长为0.133λ0-0.158λ0、宽为0.0385λ0-0.0595λ0，所述窗形凸出单元上设置铜制矩形环，每个铜制矩形环外部长为0.133λ0-0.158λ0、宽为0.0385λ0-0.0595λ0，铜制矩形内部长为0.02λ0-0.025λ0、宽为0.01λ0-0.015λ0、厚度为0.1mm，其中λ0为中心频率所对应的波长。
进一步的，所述罩底长为0.84λ0-0.85λ0、宽为0.84λ0-0.85λ0、厚度为0.05λ0-0.055λ0。
进一步的，罩底中心部位设置圆形孔。
进一步的，罩底四角设置固定孔。
进一步的，罩壳边缘部向内延伸设置边沿，边沿四角设置有螺孔。
进一步的，还包括与螺孔相适应的固定螺钉与固定螺母。
本发明一种宽带圆极化卫星导航移动终端天线罩，由于采用三种壁厚，引入四个铜制矩形环组成的整体作为频率选择单元的设计，使得本发明一种宽带圆极化卫星导航移动终端天线罩在1.23GHz～1.87GHz的全频段范围内具有电压驻波比小、阻抗带宽宽、轴比小、轴比带宽宽、增益高、成本低、加工简单、调试方便等特点，非常适合于北斗、GPS和GLONASS频段的应用。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明的罩壳正视图；
图2是本发明的罩壳左视图；
图3是本发明的罩壳由下向上看的视图；
图4是本发明的罩底图；
图5是本发明实施例中的电压驻波比图；
图6是本发明实施例中的轴比图；
图7是本发明实例中的角度随轴比变化图；
图8是本发明实例中的xoz面方向性图；
图9是本发明实例中的yoz面方向性图。
图中：1.罩壳，11.罩壳的上壁，12.罩壳的一对侧壁，13.罩壳的另一对侧壁，14.边沿，15.螺孔，2.罩底，21.圆形孔，22.固定孔，3.窗形凸出单元，4.铜制矩形环。
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，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中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作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。
本实施例提供了一种宽带圆极化卫星导航移动终端天线罩，如图1-4，包括包括罩壳1、罩底2、窗形凸出单元3以及铜制矩形环4，所述罩壳1长为0.84λ0-0.85λ0、宽为0.84λ0-0.85λ0、高为0.3λ0-0.31λ0，所述罩壳1的上壁11厚为0.01λ0-0.02λ0、一对侧壁12厚为0.02λ0-0.03λ0、另一对侧壁13厚为0.025λ0-0.035λ0，所述罩壳的上壁11的内侧呈矩阵方式排列有4个窗形凸出单元3，相邻两个窗形凸出单元3前后间距0.18λ0-0.19λ0、左右间距0.2λ0-0.22λ0，每个窗形凸出单元3高为0.01λ0-0.015λ0、长为0.133λ0-0.158λ0、宽为0.0385λ0-0.0595λ0，所述窗形凸出单元3上设置铜制矩形环，每个铜制矩形环外部长为0.133λ0-0.158λ0、宽为0.0385λ0-0.0595λ0，铜制矩形内部长为0.02λ0-0.025λ0、宽为0.01λ0-0.015λ0、厚度为0.1mm，其中λ0为中心频率所对应的波长。
铜制矩形环可视为缝隙型频率选择表面(缝隙型FSS)，当入射电磁波的频率达到某一特定值，在入射波电场的能量作用下缝隙型FSS两侧的电子开始做漂移运动，在缝隙型FSS上会形成较大的感应电流。电子并不是单一的吸收入射波能量，而是在吸收大量入射波能量的同时也会向外辐射能量，此时运动电子透过缝隙向透射方向辐射电场，缝隙型FSS的反射系数较低，透射系数较高。当入射波频率继续升高，缝隙型FSS上的电子的运动范围进一步缩小，使得缝隙周围的电流不再连续而是分成若干段，电子透过缝隙辐射出去的电磁波变少，缝隙型FSS的透射系数再次降低。因此可将缝隙型FSS等效为带通滤波器。
由于采用三种壁厚，引入四个铜制矩形环作为频率选择单元的设计，使得本发明一种宽带圆极化卫星导航移动终端天线罩在1.23GHz～1.87GHz的全频段范围内具有电压驻波比小、阻抗带宽宽、轴比小、轴比带宽宽、增益高、成本低、加工简单、调试方便等特点。
在具体实施例中，所述罩底的优选方案是：罩底2长为0.84λ0-0.85λ0、宽为0.84λ0-0.85λ0、厚为0.05λ0-0.055λ0。罩底可方便天线罩安装并可降低天线的后向辐射减弱旁瓣，增强天线的方向性。
在具体实施例中，所述罩底的优选方案是：罩底2中心部位设置圆形孔21，圆形孔21半径为10mm。圆形孔可使得供电同轴电缆穿过，方便宽带圆极化卫星导航移动终端天线罩使用时馈电。
在具体实施例中，所述罩底的优选方案是：罩底2四角设置固定孔22，固定孔22直径为4mm，便于固定宽带圆极化卫星导航移动终端天线罩。
在具体实施例中，所述罩壳1的优选方案是：罩壳1边缘部向内延伸10mm设置可用于固定和安装的边沿14，边沿14四角设置有螺孔15，每个螺孔15直径为4mm，便于固定宽带圆极化卫星导航移动终端天线罩。
在具体实施例中，所述一种宽带圆极化卫星导航移动终端天线罩的优选方案是：还包括与螺孔15相适应的固定螺钉与固定螺母。
本实施例以工作频带为1.23GHz～1.87GHz进行说明，如图5所示，是本实施例的电压驻波比实测图；其中纵轴VSWR表示电压驻波比；横轴f表示频率，单位为GHz，实线代表加载天线罩，虚线代表未加天线罩。在1.23GHz～1.87GHz的全频段内，本发明一种宽带圆极化卫星导航移动终端天线罩输入端口的驻波比均小于1.92，说明输入端口匹配特性良好。且加入天线罩后的驻波比小于1.92的频带范围明显宽于未加天线罩时，且波动范围较小较为平稳，这对实际应用十分有利。因此可以说，加入频率选择单元，并调整窗口形凸起的尺寸及铜制矩形环的大小，是能够明显的改善驻波比特性的。
如图6所示，是本实施例的轴比图；其中横轴f表示频率，单位为GHz，纵轴方向表示轴比，图中实线表示加载天线罩后的轴比图，虚线表示未加载天线罩的轴比图。本发明一种宽带圆极化卫星导航移动终端天线罩轴比小于3的范围(1.22GHz～1.91GHz)，明显宽于未加载天线罩小于3的范围。因此可以说，加载天线罩并未使得天线的轴比特性恶化，甚至有所提高。
如图7所示，是本实施例的轴比随角度变化图；横轴f表示频率，单位为GHz，纵轴方向表示轴比，图中实线表示加载天线罩后的轴比图，虚线表示未加载天线罩的轴比图。本发明一种宽带圆极化卫星导航移动终端天线罩加载后并未明显影响角度随轴比变化情况，达到了除阻抗带宽外其他的特性都不恶化的要求。
如图8、9所示，是本实施例xoz和yoz面的方向性图；图中实线表示加载天线罩后的轴比图，虚线表示未加载天线罩的轴比图。是否加载天线罩对天线的方向性影响不大，均为右旋圆极化，增益都是7.5dBi。可以说，达到了除阻抗带宽以外其他的特性都不恶化的要求。
本发明可实现的技术指标如下：
频率范围：1.23GHz～1.87GHz；
工作带宽：1.23GHz～1.87GHz；
极化方式：右旋圆极化；
阻抗带宽：47.2％(1.18GHz～1.91GHz)；
轴比带宽：44％(1.22GHz～1.91GHz)；
天线增益：7.5dBi；
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各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：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (6)
1.一种宽带圆极化卫星导航移动终端天线罩，其特征在于：包括罩壳(1)、罩底(2)、窗形凸出单元(3)以及铜制矩形环(4)，所述罩壳(1)长为0.84λ0-0.85λ0、宽为0.84λ0-0.85λ0、高为0.3λ0-0.31λ0，所述罩壳(1)的上壁(11)厚为0.01λ0-0.02λ0、一对侧壁(12)厚为0.02λ0-0.03λ0、另一对侧壁(13)厚为0.025λ0-0.035λ0，所述罩壳的上壁(11)的内侧呈矩阵方式排列有4个窗形凸出单元(3)，相邻两个窗形凸出单元(3)前后间距0.18λ0-0.19λ0、左右间距0.2λ0-0.22λ0，每个窗形凸出单元(3)高为0.01λ0-0.015λ0、长为0.133λ0-0.158λ0、宽为0.0385λ0-0.0595λ0，所述窗形凸出单元(3)上设置铜制矩形环，每个铜制矩形环外部长为0.133λ0-0.158λ0、宽为0.0385λ0-0.0595λ0，铜制矩形内部长为0.02λ0-0.025λ0、宽为0.01λ0-0.015λ0、厚度为0.1mm，其中λ0为中心频率所对应的波长。
2.根据权利要求1所述的一种宽带圆极化卫星导航移动终端天线罩，其特征在于：所述罩底(2)长为0.84λ0-0.85λ0、宽为0.84λ0-0.85λ0、厚度为0.05λ0-0.055λ0。
3.根据权利要求2所述的一种宽带圆极化卫星导航移动终端天线罩，其特征在于：罩底(2)中心部位设置圆形孔(21)。
4.根据权利要求3所述的一种宽带圆极化卫星导航移动终端天线罩，其特征在于：罩底(2)四角设置固定孔(22)。
5.根据权利要求4所述的一种宽带圆极化卫星导航移动终端天线罩，其特征在于：罩壳(1)边缘部向内延伸设置边沿(14)，边沿(14)四角设置有螺孔(15)。
6.根据权利要求5所述的一种宽带圆极化卫星导航移动终端天线罩，其特征在于：还包括与螺孔(15)相适应的固定螺钉与固定螺母。
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