CN117791096B - 一种轻量宽波束定位天线及其制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种轻量宽波束定位天线及其制作方法，涉及天线领域，馈电网络固定于腔体的内部上方；辐射片上开设有多个通孔和多个馈电孔且其中一个通孔位于辐射片的几何中心位置；每个螺钉的一端与辐射片连接，另一端穿过一个通孔与腔体固定连接；馈电结构的一端与辐射片固定连接，另一端穿过馈电孔与馈电网络的下表面固定连接。本发明有效缩小了天线的体积，减轻了天线重量。同时辐射片上开设的通孔和馈电孔也进一步减轻了天线重量。螺钉和腔体采用轻量化材料制作，最终从整体上实现了天线的小型化及宽波束，展宽了1dBiC波束宽度，使得轻量宽波束定位天线重量小于50g的同时1dBiC波束宽度大于±60°。

Description

一种轻量宽波束定位天线及其制作方法

技术领域

本发明涉及天线领域，特别是涉及一种轻量宽波束定位天线及其制作方法。

背景技术

随着全球卫星导航系统的发展，要求GNSS(Global Navigation SatelliteSystem，全球卫星导航系统)天线满足工作需求的同时尽可能的小型化，即：要求天线等单机向着小型化、轻量化的方向发展。

目前现有的GNSS定位天线为了减轻重量，一般采用的方法为微带天线的设计方案，但使用该方案后，GNSS天线还是难以实现其重量不小于50g，同时使得1dBiC波束宽度大于±60°。

因此目前亟需提出一种可以重量小于50g，同时使得1dBiC波束宽度大于±60°的天线。

发明内容

鉴于上述问题，本发明提供一种轻量宽波束定位天线及其制作方法，较好的解决上述技术问题。

本发明实施例提供一种轻量宽波束定位天线，所述轻量宽波束定位天线包括：腔体、馈电网络、辐射片、多个螺钉、馈电结构；

所述馈电网络固定于所述腔体的内部上方；

所述辐射片上开设有多个通孔和多个馈电孔，且其中一个通孔位于所述辐射片的几何中心位置；

每个所述螺钉的一端均与所述辐射片连接，另一端穿过一个所述通孔与所述腔体固定连接；

所述馈电结构的一端与所述辐射片固定连接，另一端穿过所述馈电孔与所述馈电网络的下表面固定连接；

其中，所述辐射片平行于所述腔体的上板，且两者之间具有预设高度；

所述辐射片包括：第一部分和第二部分，所述第二部分均匀分布于所述第一部分的边缘位置，且所述第二部分开设有缝隙。

可选地，所述馈电结构包括：多个馈电探针；

每个所述馈电探针的一端与所述辐射片固定连接，另一端穿过一个所述馈电孔与所述馈电网络的下表面固定连接。

可选地，所述馈电结构还包括：螺母；

每个所述馈电探针的顶部与所述辐射片固定连接，且穿过所述辐射片；

所述顶部开设有螺纹，所述螺母通过所述螺纹，将所述馈电探针固定于所述辐射片上。

可选地，所述馈电探针包括：细长圆柱和突出的圆台；

所述细长圆柱的顶部开设有螺纹，所述突出的圆台位于螺纹的下方；

当所述螺母通过所述螺纹，将所述馈电探针固定于所述辐射片时，所述辐射片位于所述突出的圆台与所述螺母之间。

可选地，多个所述螺钉包括：多个介质螺钉和短路钉；

每个所述介质螺钉的底部开设有螺纹，用于与所述腔体固定；

所述短路钉穿过所述几何中心位置的通孔。

可选地，所述轻量宽波束定位天线还包括：连接器；

所述连接器穿过目标位置与所述馈电网络的输入端连接；

所述馈电网络的输出端通过所述馈电结构与所述辐射片实现电性能连接；

其中，所述目标位置是指所述馈电网络的输入端对应的位于所述腔体上的位置。

可选地，所述轻量宽波束定位天线还包括：多个介质垫片；

每个所述介质垫片上开设有通孔，每个目标螺钉的一端均与所述辐射片固定连接，另一端穿过辐射片上通孔和介质垫片上通孔与所述腔体固定连接；

其中，所述目标螺钉是指：除穿过所述几何中心位置以外的任一螺钉。

可选地，所述第一部分包括：正方形辐射片；所述第二部分包括：多个半开缝的圆环辐射片；

多个所述半开缝的圆环辐射片均匀分布在所述正方形辐射片的四条边的边缘位置。

可选地，多个所述通孔中除所述几何中心位置以外，其余通孔均匀分布在所述正方形辐射片上；

一个馈电孔开设在一个半开缝的圆环辐射片上。

可选地，所述腔体包括：多边形体及其上方分布的多个墙体和一个圆柱体；

所述馈电网络固定于所述多边形体的内部上方；

所述多边形体的上板上分布有多个墙体和一个圆柱体，所述圆柱体位于所述上板的几何中心位置。

可选地，多个所述墙体依据所述辐射片的结构均匀分布，且所述墙体的高度大于所述预设高度。

可选地，所述圆柱体内部开设有螺纹，用于固定穿过辐射片几何中心位置通孔的螺钉。

可选地，所述第一部分包括：正方形辐射片；所述第二部分包括：多个半开缝的圆环辐射片；所述腔体包括：多边形体及其上方分布的八个墙体和一个圆柱体；

一个所述半开缝的圆环辐射片分布在正方形辐射片一条边的中间边缘处；

八个墙体均匀分布于四个半开缝的圆环辐射片的周边，且平行于正方形辐射片的每条边；

所述圆柱体的位置与正方形辐射片的几何中心位置相对应。

可选地，所述轻量宽波束定位天线的工作频段覆盖1555MHz～1590MHz，且1dBiC波束宽度大于±60°。

本发明实施例还提供一种如上任一所述的轻量宽波束定位天线的制作方法，其特征在于，所述制作方法包括：

对所述第一部分的初始尺寸、所述第二部分及其缝隙的初始尺寸、所述预设高度的初始数据进行优化，得到第一优化结构，使得所述第一优化结构工作于目标谐振频段；

基于所述第一优化结构，对第一次优化后第二部分及其缝隙的尺寸进行优化，得到第二优化结构，使得所述第二优化结构的1dBiC波束宽度达到最大值，且所述第二优化结构的工作频段略偏于所述目标谐振频段；

基于所述第二优化结构，对第一部分第一次优化后尺寸、所述预设高度第一次优化后高度进行优化，得到第三优化结构，使得所述第三优化结构的1dBiC波束宽度达到最大值，且所述第三优化结构工作于所述目标谐振频段；

基于所述第三优化结构，确定所述腔体的尺寸，得到第四优化结构，且所述第四优化结构的工作频段再次略偏于所述目标谐振频段；

基于所述第四优化结构，对所述第一部分第二次优化后尺寸、所述预设高度第二次优化后高度、所述馈电结构的尺寸进行优化，得到第五优化结构，使得所述第五优化结构的1dBiC波束宽度达到最大值，且所述第五优化结构工作于所述目标谐振频段；

基于所述目标谐振频段的中心频率，介质板的厚度和介电常数，阻抗匹配需求以及馈电点位置，确定所述馈电网络中每一截微带线的线宽和线长，进而确定所述第五优化结构的馈电网络的尺寸；

基于所述馈电网络的尺寸，确定腔体底板的尺寸；

基于所述第五优化结构，以及确定尺寸的馈电网络、腔体底板，按照上述任一所述的轻量宽波束定位天线的连接关系，进行安装固定，制作得到所述轻量宽波束定位天线。

可选地，多个螺钉中穿过所述几何中心位置的螺钉采用304不锈钢材料制作；

所述腔体和所述辐射片均采用铝合金2A12材料制作；

多个螺钉中除穿过所述几何中心位置的螺钉以外，其余螺钉均采用聚酰亚胺YS20材料制作；

所述介质垫片采用聚酰亚胺YS20材料制作；

所述馈电探针采用H62黄铜镀金方式制作。

本发明提供的轻量宽波束定位天线，馈电网络固定于腔体的内部上方；辐射片上开设有多个通孔和多个馈电孔，且其中一个通孔位于辐射片的几何中心位置；每个螺钉的一端均与辐射片连接，另一端穿过一个通孔与腔体固定连接。

馈电结构的一端与辐射片固定连接，另一端穿过馈电孔与馈电网络的下表面固定连接；其中，辐射片平行于腔体的上板，且两者之间具有预设高度；辐射片包括：第一部分和第二部分，第二部分均匀分布于第一部分的边缘位置，且第二部分开设有缝隙。

本发明所提轻量宽波束定位天线，辐射片平行于腔体的上板且两者之间具有预设高度，同时创造性的将辐射片分为第一部分和第二部分，第二部分均匀分布于第一部分的边缘位置且第二部分开设有缝隙。通过这样的设计使得辐射片有效展宽了1dBiC波束宽度以及5dB轴比角度，同时可以覆盖L1和B1两个导航频段，较好的满足了天线工作需求和应用场景。并且腔体上墙体的存在，可以有效展宽1dBiC波束宽度。

将辐射片分为第一部分和第二部分，并且第二部分开设缝隙，有效缩小了天线的体积，减轻了天线重量。同时辐射片上开设的通孔和馈电孔也进一步减轻了天线重量。螺钉和腔体采用轻量化材料制作，最终从整体上实现了天线的小型化及宽波束，展宽了1dBiC波束宽度，使得轻量宽波束定位天线重量小于50g的同时1dBiC波束宽度大于±60°。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1示出了本发明实施例轻量宽波束定位天线的整体结构示意图；

图2示出了本发明实施例轻量宽波束定位天线的半剖图；

图3示出了本发明实施例轻量宽波束定位天线的爆炸图；

图4示出了本发明实施例中一种优选的辐射片2的结构示意图；

图5示出了本发明实施例中一种优选的腔体1的结构示意图；

图6示出了本发明实施例中一种优选的馈电网络9的结构示意图；

图7示出了本发明实施例中馈电网络9的阻抗示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，并不用于限定本发明。

本发明实施例的轻量宽波束定位天线，其核心架构并不仅仅适用于GNSS天线，一切采用微带天线形式、需求覆盖L1和B1两个导航频段且1dBiC波束宽度需要大于±60°的天线均可适用。

本发明实施例的轻量宽波束定位天线参照图1所示的天线整体结构示意图和图2所示的半剖图所示，其包括：腔体1、馈电网络9、辐射片2、多个螺钉、馈电结构；其中多个螺钉包括：多个介质螺钉5和短路钉4；馈电结构包括：多个馈电探针6和螺母7。需要说明的是，本发明所有附图中部件的具体形状，均是为了更好的示出本发明所提轻量宽波束定位天线的结构而举例的，并不表示其仅能为这个形状或者仅能为这种结构。本领域技术人员在本发明实施例公开的部件及其连接关系基础上，经过简单推理即可得到任一形状或者结构的轻量宽波束定位天线结构。

馈电网络9固定于腔体1的内部上方，也即固定于腔体1的底板10的上方；辐射片2上开设有多个通孔和多个馈电孔，且其中一个通孔位于辐射片2的几何中心位置。

每个螺钉的一端均与辐射片2连接，另一端穿过一个通孔与腔体1固定连接；馈电结构的一端与辐射片2固定连接，另一端穿过多个馈电孔与馈电网络9的下表面固定连接。

这其中，辐射片2平行于腔体的上板且两者之间具有预设高度；辐射片2包括：第一部分(图1中示例性的以正方形表示)和第二部分(图1中示例性的以半开缝的圆环表示)，第二部分均匀分布于第一部分的边缘位置，且第二部分开设有缝隙。

由前说明可知：馈电结构包括：多个馈电探针6。每个馈电探针6的一端与辐射片2固定连接，另一端穿过一个馈电孔与馈电网络9的下表面固定连接。作为馈电探针6与辐射片2固定连接的一种较优的方式，馈电结构还包括：螺母7。每个馈电探针6的顶部与辐射片2固定连接，且穿过辐射片2；馈电探针6的顶部开设有螺纹，螺母7通过该螺纹将馈电探针6固定于辐射片2上。

为了实现上述固定结构，一种较优的馈电探针6的结构为：馈电探针6包括：细长圆柱和突出的圆台；细长圆柱的顶部开设有螺纹，突出的圆台位于螺纹的下方；当螺母通7过螺纹将馈电探针6固定于辐射片2时，辐射片2位于突出的圆台与螺母之间，由图2的半剖图可以直观的理解该结构。

上述结构再结合图3所示的轻量宽波束定位天线爆炸图可以得到更好的理解。图3中左边视图示出了侧视爆炸结构，右边视图示出了俯视爆炸结构。可以知晓，多个螺钉包括：多个介质螺钉5和短路钉4。图1、3中示例性的示出了8个介质螺钉5和一个短路钉4。每个介质螺钉5的底部开设有螺纹，用于与腔体1固定；而短路钉4穿过辐射片2的几何中心位置的通孔。介质螺钉5与短路钉4均可以加强轻量宽波束定位天线的整体结构强度，同时短路钉4的作用还有：可以抑制部分高次模的产生。

对于介质螺钉5，其主要的作用是使得轻量宽波束定位天线的牢靠性满足要求，因此可以根据实际情况决定其数量，假若1个介质螺钉5可以使得轻量宽波束定位天线的牢靠性满足要求，那么就仅需1个介质螺钉5，间接的减小了轻量宽波束定位天线的整体重量，有利于小型化、轻量化的要求。

此外，轻量宽波束定位天线还包括：连接器3；连接器3穿过目标位置与馈电网络9的输入端连接；馈电网络9的输出端通过馈电结构(实质上通过馈电探针6)与辐射片2实现电性能连接；其中，目标位置是指馈电网络9的输入端对应的位于腔体1上的位置。

而辐射片2开设有至少五个孔洞(其中4个馈电探针6、短路钉4不可缺少)，参照图4所示的一种优选的辐射片2的结构示意图，图4中左边为辐射片2的正视图，右图为其侧视图。图4中示例性的示出多个孔洞，对应螺钉和馈电探针各自穿过的位置。

辐射片2的第一部分优选为：正方形辐射片；第二部分优选为：多个半开缝的圆环辐射片；多个半开缝的圆环辐射片均匀分布在正方形辐射片的四条边的边缘位置。

多个通孔中除短路钉4以外，其余介质通孔均匀分布在正方形辐射片上；而每个馈电孔各自开设在一个半开缝的圆环辐射片上。

介质螺钉5的存在，可以使得辐射片2与腔体1的上板保持预设高度，考虑到两者的平行性需求，一种较优的方式为增加介质垫片。轻量宽波束定位天线还包括：多个介质垫片8。

每个介质垫片8上开设有通孔，每个目标螺钉的一端均与辐射片2固定连接，另一端穿过辐射2片上通孔和介质垫片8上通孔与腔体1固定连接；其中，目标螺钉是指：除穿过几何中心位置以外的任一螺钉，也即除短路钉4以外的任一介质螺钉5。

腔体1包括：多边形体及其上方分布的多个墙体和一个圆柱体；馈电网络9固定于多边形体的内部上方；多边形体的上板上分布有多个墙体和一个圆柱体，圆柱体位于上板的几何中心位置，该圆柱体内部开设有螺纹，用于固定穿过辐射片2几何中心位置通孔的短路钉4。

参照图5所示的一种优选的腔体1的结构示意图，图5中左边为腔体1的正视图，右图为其侧视图。图5中示例性的示出多个孔洞，与辐射片2的所有孔洞(通孔和馈电孔)向对应。螺钉通过辐射片2开设孔洞、介质垫片8开设孔洞固定到腔体1。

腔体1的墙体数量由辐射片2的形状决定，以图4所示的辐射片结构为例：腔体包括：多边形体及其上方分布的八个墙体和一个圆柱体；一个半开缝的圆环辐射片分布在正方形辐射片一条边的中间边缘处；八个墙体均匀分布于四个半开缝的圆环辐射片的周边，且平行于正方形辐射片的每条边；一个圆柱体的位置与正方形辐射片的几何中心位置相对应。

通过上式这样的固定方式使得整个轻量宽波束定位天线各个部件安装牢固，具有一定的抗冲击能力，不会因小的冲击力而损坏。

本发明所提轻量宽波束定位天线，在其应用到GNSS天线时，轻量宽波束定位天线工作频段可以覆盖1555MHz～1590MHz，且1dBiC波束宽度大于±60°。即：本发明所提轻量宽波束定位天线不但小型化、轻量化，并且覆盖了目前L1和B1两个工作频段，还保证了1dBiC波束宽度大于±60°，具有极高的实用性。

基于上述轻量宽波束定位天线的结构创新，本发明还提出一种如上任一所述的轻量宽波束定位天线的制作方法，辐射片2、介质垫片8(假如有的话)、馈电探针6和腔体1的尺寸影响轻量宽波束定位天线的性能，其他结构对轻量宽波束定位天线性能无影响，只需要符合工程设计的要求即可。轻量宽波束定位天线性能主要有：天线谐振频率及1dBiC波束宽度，因重量的限制，馈电网络9的微带线布局应该紧凑，以减小腔体1的尺寸，从而减小轻量宽波束定位天线整体的重量。此外，由于天线谐振频率主要受到天线阻抗的限制，而天线输入端阻抗主要受辐射片2的正方形和4个半开缝的圆环和预设高度的影响。除此外其余参数如厚度只需要满足工程应用要求既可。介质垫片8(假如有的话)的直径对天线性能无影响，介质材料选定后，介电常数可以确定。

基于上述理论，制作方法包括：

步骤S1：对第一部分的初始尺寸、第二部分及其缝隙的初始尺寸、预设高度的初始数据进行优化，得到第一优化结构，使得第一优化结构工作于目标谐振频段。

一般情况下，对于天线的设计，先是以仿真软件为基础，输入各个部件尺寸、结构等关系进行仿真测试，在达到设计要求后，以得到的尺寸制作相应部件再进行安装固定，即可得到设计要求的天线。基于这个理论，首先需要使得天线工作于目标谐振频段，例如：目标谐振频段为1555MHz～1590MHz，那么先对辐射片2的第一部分的初始尺寸、第二部分及其缝隙的初始尺寸、辐射片2与腔体1上板之间的预设高度进行优化(如果有介质垫片8，则就是对介质垫片8的初始高度进行优化)，得到第一优化结构，使得第一优化结构工作于1555MHz～1590MHz。较优的仿真测试软件可以选择HFSS(High Frequency StructureSimulator，Ansoft公司推出的三维电磁仿真软件)，可以采用HFSS对辐射片2的第一部分的初始尺寸、第二部分及其缝隙的初始尺寸、辐射片2与腔体1上板之间的预设高度进行优化，得到第一优化结构。

通过第一次优化先大致确定辐射片2的尺寸，其中半开缝的圆环位置还与轻量宽波束定位天线不接入馈电网络9的时候隔离度有关，半开缝的圆环的尺寸与1dBiC波束宽度有关。圆环位置彼此之间距离越大，隔离度越好。但是受限于腔体1的多边形体尺寸，腔体1的多边形体尺寸由馈电网络9的尺寸确定，因此，圆环位置布置在腔体1的多边形体的边缘即可。

步骤S2：基于第一优化结构，对第一次优化后第二部分及其缝隙的尺寸进行优化，得到第二优化结构，使得第二优化结构的1dBiC波束宽度达到最大值，且第二优化结构的工作频段略偏于目标谐振频段。

在得到第一优化结构后，再通过对辐射片2的第二部分及其缝隙的尺寸进行优化，得到第二优化结构，这样可以使得第二优化结构的1dBiC波束宽度达到最大值。由于天线自身的特性，当1dBiC波束宽度达到最大值后，天线的谐振频率有所偏移，即：第二优化结构的工作频段略偏于目标谐振频段，因此需要进行第三次优化。

步骤S3：基于第二优化结构，对第一部分第一次优化后尺寸、预设高度第一次优化后高度进行优化，得到第三优化结构，使得第三优化结构的1dBiC波束宽度达到最大值，且第三优化结构工作于目标谐振频段。

由于第二优化结构的工作频段略偏于目标谐振频段，因此再次通过HFSS仿真测试，微调辐射片2的第一部分第一次优化后尺寸、预设高度第一次优化后高度尺寸(如果有介质垫片8，则是介质垫片8第一次优化后高度尺寸)，使得本次优化后结构谐振到1555MHz～1590MHz内。

步骤S4：基于第三优化结构，确定腔体的尺寸，得到第四优化结构，且第四优化结构的工作频段再次略偏于目标谐振频段。

由于腔体1的尺寸也会对谐振频率产生影响，因此，第三次优化结构得到的各部件尺寸并不是最终尺寸。腔体1由多边形体及多个墙体和一个圆柱组成，圆柱连接短路钉4，圆柱半径对天线性能无影响，腔体1上的多个墙体影响天线的谐振频率及1dBiC波束宽度。而腔体1下方的空间用于放置馈电网络9，腔体1下方的空间根据馈电网络9的尺寸确定。

基于这个理论，通过HFSS电磁仿真软件，根据轻量宽波束定位天线1dBiC波束宽度最优值确定腔体1上方墙体的尺寸，从而得到第四优化结构，腔体1尺寸确定后，轻量宽波束定位天线的谐振频率同样会发生偏移，即：第四优化结构的工作频段再次略偏于目标谐振频段。

步骤S5：基于第四优化结构，对第一部分第二次优化后尺寸、预设高度第二次优化后高度、馈电结构的尺寸进行优化，得到第五优化结构，使得第五优化结构的1dBiC波束宽度达到最大值，且第五优化结构工作于目标谐振频段。

基于第四优化结构，再对辐射片2的第一部分第二次优化后尺寸、预设高度第二次优化后高度((如果有介质垫片8，则是介质垫片8第二次优化后高度尺寸))、馈电结构的尺寸进行优化(馈电探针的直径只对天线谐振频率有较小的影响，对其他性能无影响，对馈电结构的尺寸进行优化，实质上就是对馈电探针6的直径进行优化)，得到第五优化结构，使得第五优化结构的1dBiC波束宽度达到最大值，且第五优化结构工作于目标谐振频段。

步骤S6：基于目标谐振频段的中心频率，介质板的厚度和介电常数，阻抗匹配需求以及馈电点位置，确定馈电网络中每一截微带线的线宽和线长，进而确定第五优化结构的馈电网络的尺寸。

第五优化结构确定了辐射片2，腔体1上多个墙体，馈电探针6的直径和预设高度(如果有介质垫片8，则是介质垫片8的高度)各自的最终尺寸。由于馈电网络9是安装在腔体1的底板10上的，因此该底板10的尺寸需要依据馈电网络9的尺寸决定。而馈电网络9的尺寸中最关键的就是其每一截微带线的线宽和线长。馈电网络9的阻抗、线宽和线长的确定方法包括：

首先确定馈电网络9的中心频率(基于目标频段确定)；再确定介质板的厚度和介电常数(常规手段即可确定)；最后将输入端口和输出端口阻抗均匹配至50Ω。

以50Ω阻抗、线宽和线长的初始值，通过HFSS仿真测试优化后，根据中心频率、介质板的厚度、介质板的介电常数、输入阻抗、输出阻抗和馈电点位置(即馈电探针6与馈电网络9连接的位置)，即可得出每一截微带线的线宽和线长。

以辐射片2和腔体1均采用铝合金2A12材料制作、馈电网络2采用罗杰斯RO4350B的板材制作(厚度为0.762mm，介电常数3.66)、短路钉4采用304不锈钢材料制作、介质螺钉5采用聚酰亚胺YS20材料制作、馈电探针采用H62黄铜镀金方式制作为例：假设馈电网络9的中心频率定在1.568GHz，扫频范围为：1555MHz～1590MHz，结合图6所示的馈电网络9结构示意图和图7所示的馈电网络9阻抗示意图可知：

输入信号经过第一级T型功分器后，分成两路幅度相等相位相差180°的输出信号，经过第二级T型功分器后，各自分成两路幅度相等相位相差90°的输出信号，四个输出端输出等幅相位依次相差0°，90°，180°和270°信号。利用馈电网络9实现0°、90°、180°和270°相差，实现轻量宽波束定位天线的圆极化工作。馈电网络9的输入端焊接法兰盘，例如：SMA-KFD273法兰盘，该法兰盘固定在腔体1上。

馈电网络9各阻抗值、线宽和线长为：

λg＝113.1mm；

Z1＝25Ω，微带线线宽0.9mm，微带线线长27mm；

Z2＝25Ω,微带线线宽0.9mm；

Z3＝50Ω,微带线线宽0.9mm。

将以上值设为初始值，其中Z1的初始长度为四分之一波长，其中阻抗对应的长度通过馈电探针的位置确定，通过HFSS仿真测试优化后，根据指标要求和馈电点位置得出每一截微带线的实际线宽和线长。

上述确定每一截微带线的实际线宽和线长的过程，可以借鉴常规技术实现，不过多赘述。

步骤S7：基于馈电网络的尺寸，确定腔体底板的尺寸；

步骤S8：基于第五优化结构，以及确定尺寸的馈电网络、腔体底板，按照上述任一所述的轻量宽波束定位天线的连接关系，进行安装固定，制作得到轻量宽波束定位天线。

在HFSS仿真测试完成后，基于第五优化结构中各个部件的尺寸，以及确定尺寸的馈电网络2、腔体1的底板10，按照上述任一所述的轻量宽波束定位天线的安装、固定、连接关系，进行安装固定，即可制作得到轻量宽波束定位天线，不但展宽了工作带宽，也展宽了轻量宽波束定位天线的1dBiC波束宽度。

综上所述，本发明的轻量宽波束定位天线，辐射片平行于腔体的上板且两者之间具有预设高度，同时创造性的将辐射片分为第一部分和第二部分，第二部分均匀分布于第一部分的边缘位置且第二部分开设有缝隙。通过这样的设计使得辐射片有效展宽了1dBiC波束宽度以及5dB轴比角度，同时可以覆盖L1和B1两个导航频段，较好的满足了天线工作需求和应用场景。并且腔体上墙体的存在，可以有效展宽1dBiC波束宽度。

将辐射片分为第一部分和第二部分，并且第二部分开设缝隙，有效缩小了天线的体积，减轻了天线重量。同时辐射片上开设的通孔和馈电孔也进一步减轻了天线重量。螺钉和腔体采用轻量化材料制作，最终从整体上实现了天线的小型化及宽波束，展宽了1dBiC波束宽度，使得轻量宽波束定位天线重量小于50g的同时1dBiC波束宽度大于±60°。

还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法所固有的要素。

上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (14)

1.一种轻量宽波束定位天线，其特征在于，所述轻量宽波束定位天线包括：腔体、馈电网络、辐射片、多个螺钉、馈电结构；

所述馈电网络固定于所述腔体的内部上方；

所述辐射片上开设有多个通孔和多个馈电孔，且其中一个通孔位于所述辐射片的几何中心位置；

每个所述螺钉的一端均与所述辐射片连接，另一端穿过一个所述通孔与所述腔体固定连接；

所述馈电结构的一端与所述辐射片固定连接，另一端穿过所述馈电孔与所述馈电网络的下表面固定连接；

其中，所述辐射片平行于所述腔体的上板，且两者之间具有预设高度；

所述辐射片包括：第一部分和第二部分，所述第二部分均匀分布于所述第一部分的边缘位置，且所述第二部分开设有缝隙；

所述第一部分包括：正方形辐射片；所述第二部分包括：多个半开缝的圆环辐射片；

多个所述半开缝的圆环辐射片均匀分布在所述正方形辐射片的四条边的边缘位置；

多个所述通孔中除所述几何中心位置以外，其余通孔均匀分布在所述正方形辐射片上；

每个馈电孔各自开设在一个半开缝的圆环辐射片上。

2.根据权利要求1所述的轻量宽波束定位天线，其特征在于，所述馈电结构包括：多个馈电探针；

每个所述馈电探针的一端与所述辐射片固定连接，另一端穿过一个所述馈电孔与所述馈电网络的下表面固定连接。

3.根据权利要求2所述的轻量宽波束定位天线，其特征在于，所述馈电结构还包括：螺母；

每个所述馈电探针的顶部与所述辐射片固定连接，且穿过所述辐射片；

所述顶部开设有螺纹，所述螺母通过所述螺纹，将所述馈电探针固定于所述辐射片上。

4.根据权利要求3所述的轻量宽波束定位天线，其特征在于，所述馈电探针包括：细长圆柱和突出的圆台；

所述细长圆柱的顶部开设有螺纹，所述突出的圆台位于螺纹的下方；

当所述螺母通过所述螺纹，将所述馈电探针固定于所述辐射片时，所述辐射片位于所述突出的圆台与所述螺母之间；

其中，所述馈电探针采用H61黄铜镀金方式制作。

5.根据权利要求1所述的轻量宽波束定位天线，其特征在于，多个所述螺钉包括：多个介质螺钉和短路钉；

每个所述介质螺钉的底部开设有螺纹，用于与所述腔体固定；

所述短路钉穿过所述几何中心位置的通孔。

6.根据权利要求1所述的轻量宽波束定位天线，其特征在于，所述轻量宽波束定位天线还包括：连接器；

所述连接器穿过目标位置与所述馈电网络的输入端连接；

所述馈电网络的输出端通过所述馈电结构与所述辐射片实现电性能连接；

其中，所述目标位置是指所述馈电网络的输入端对应的位于所述腔体上的位置。

7.根据权利要求1所述的轻量宽波束定位天线，其特征在于，所述轻量宽波束定位天线还包括：多个介质垫片；

每个所述介质垫片上开设有通孔，每个目标螺钉的一端均与所述辐射片固定连接，另一端穿过辐射片上通孔和介质垫片上通孔与所述腔体固定连接；

其中，所述目标螺钉是指：除穿过所述几何中心位置以外的任一螺钉；

所述介质垫片采用聚酰亚胺YS20材料制作。

8.根据权利要求1所述的轻量宽波束定位天线，其特征在于，所述腔体包括：多边形体及其上方分布的多个墙体和一个圆柱体；

所述馈电网络固定于所述多边形体的内部上方；

所述多边形体的上板上分布有多个墙体和一个圆柱体，所述圆柱体位于所述上板的几何中心位置。

9.根据权利要求8所述的轻量宽波束定位天线，其特征在于，多个所述墙体依据所述辐射片的结构均匀分布，且所述墙体的高度大于所述预设高度。

10.根据权利要求8所述的轻量宽波束定位天线，其特征在于，所述圆柱体内部开设有螺纹，用于固定穿过辐射片几何中心位置通孔的螺钉。

11.根据权利要求1所述的轻量宽波束定位天线，其特征在于，所述第一部分包括：正方形辐射片；所述第二部分包括：多个半开缝的圆环辐射片；所述腔体包括：多边形体及其上方分布的八个墙体和一个圆柱体；

一个所述半开缝的圆环辐射片分布在正方形辐射片一条边的中间边缘处；

八个墙体均匀分布于四个半开缝的圆环辐射片的周边，且平行于正方形辐射片的每条边；

所述圆柱体的位置与正方形辐射片的几何中心位置相对应。

12.根据权利要求1所述的轻量宽波束定位天线，其特征在于，所述轻量宽波束定位天线的工作频段覆盖1555MHz～1590MHz，且1dBiC波束宽度大于±60°。

13.一种如权利要求1-12任一所述的轻量宽波束定位天线的制作方法，其特征在于，所述制作方法包括：

对所述第一部分的初始尺寸、所述第二部分及其缝隙的初始尺寸、所述预设高度的初始数据进行优化，得到第一优化结构，使得所述第一优化结构工作于目标谐振频段；

基于所述第一优化结构，对第一次优化后第二部分及其缝隙的尺寸进行优化，得到第二优化结构，使得所述第二优化结构的1dBiC波束宽度达到最大值，且所述第二优化结构的工作频段略偏于所述目标谐振频段；

基于所述第二优化结构，对第一部分第一次优化后尺寸、所述预设高度第一次优化后高度进行优化，得到第三优化结构，使得所述第三优化结构的1dBiC波束宽度达到最大值，且所述第三优化结构工作于所述目标谐振频段；

基于所述第三优化结构，确定所述腔体的尺寸，得到第四优化结构，且所述第四优化结构的工作频段再次略偏于所述目标谐振频段；

基于所述第四优化结构，对所述第一部分第二次优化后尺寸、所述预设高度第二次优化后高度、所述馈电结构的尺寸进行优化，得到第五优化结构，使得所述第五优化结构的1dBiC波束宽度达到最大值，且所述第五优化结构工作于所述目标谐振频段；

基于所述目标谐振频段的中心频率，介质板的厚度和介电常数，阻抗匹配需求以及馈电点位置，确定所述馈电网络中每一截微带线的线宽和线长，进而确定所述第五优化结构的馈电网络的尺寸；

基于所述馈电网络的尺寸，确定腔体底板的尺寸；

基于所述第五优化结构，以及确定尺寸的馈电网络、腔体底板，按照权利要求1-12任一所述的轻量宽波束定位天线的连接关系，进行安装固定，制作得到所述轻量宽波束定位天线。

14.根据权利要求13所述的制作方法，其特征在于，多个螺钉中穿过所述几何中心位置的螺钉采用304不锈钢材料制作；

所述腔体和所述辐射片均采用铝合金2A12材料制作；

多个螺钉中除穿过所述几何中心位置的螺钉以外，其余螺钉均采用聚酰亚胺YS20材料制作。