CN203721891U - 一种北斗卫星导航天线 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种北斗卫星导航天线。包括功分器与电源单元、抗干扰单元、射频单元、天线罩，抗干扰单元固定在射频单元内，分器与电源单元和天线罩分别与射频单元固定在一起。本实用新型的有益效果是：本实用新型可更有效地对卫星导航天线进行结构设计，使天线具有体积小、结构布局合理、简单紧凑，电磁屏蔽好，三防设计和散热设计性能优异等特点，避免了不必要的试验经费和周期。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种北斗卫星导航天线的结构。
技术背景
北斗导航系统是我国自行研制的采用双星进行有源定位的系统，它可以全天时提供区域卫星导航信息，极大的提高我国国防应急能力，并且可广泛应用于船舶运输、公路交通、环境监测等众多行业，具有极其重要的地位和作用。
北斗导航系统目前还属于起步阶段，导航天线设计正在蓬勃发展，天线的结构设计存在小型化、电磁兼容性及散热的等难点。
发明内容
本实用新型提供了一种北斗卫星导航天线的结构设计方案，包括天线的布局、材料选择、三防设计、电磁兼容性以及散热设计等等。
本实用新型为实现上述目的，所采用的技术方案是：一种北斗卫星导航天线，其特征在于：包括功分器与电源单元、抗干扰单元、射频单元、天线罩，所述抗干扰单元固定在射频单元内，所述分器与电源单元和天线罩分别与射频单元固定在一起。
本实用新型的有益效果是：本实用新型可更有效地对卫星导航天线进行结构设计，使天线具有体积小、结构布局合理、简单紧凑，电磁屏蔽好，三防设计和散热设计性能优异等特点，避免了不必要的试验经费和周期。
附图说明
图1 为本实用新型的外形结构图；
图2 为本实用新型的结构分解示意图；
图3 为本实用新型功分器与电源单元的分解示意图；
图4 为本实用新型功分器单元盖板的结构示意图；
图5为本实用新型抗干扰单元的的分解示意图；
图6为本实用新型射频单元的分解示意图；
图7为本实用新型装有阵子的天线反射板的结构示意图；
图8 为本实用新型天线罩的结构示意图；
图9 为本实用新型的热分析图表。
具体实施方式
如图1、2所示，一种北斗卫星导航天线，包括功分器与电源单元1、抗干扰单元2、射频单元3、天线罩4，首先将抗干扰单元2与射频单元3通过4个螺钉连接在一起，然后将天线罩4与射频单元3通过螺钉连接在一起，保证接触可靠，螺纹连接时涂一定量的螺纹紧固胶。最后再将功分器与电源单元通过12个M2的螺钉与射频单元3连接在一起。
如图3、4所示，功分器与电源单元1包括功分器与电源单元盒体1-1、功分器单元盖板1-2、接插件1-3；功分器单元盖板1-2的一端面边缘设有突起结构。，数个接插件1-3分别通过螺钉固定在功分器与电源单元盒体1-1的一端面上，功分器单元盖板1-2通过螺钉固定在功分器与电源单元盒体1-1的另一端面上。
如图5所示，抗干扰单元2包括抗干扰单元盒体2-1、抗干扰单元盖板2-2，抗干扰单元盖板2-2通过螺钉固定在抗干扰单元盒体2-1上。
如图6、7所示，射频单元3包括射频单元盒体3-1、射频单元盖板3-2、射频通道盖板3-3、北斗阵子3-4、GPS阵子3-5、天线反射板3-6，天线反射板3-6的一端面安装4个北斗阵子3-4和1个GPS阵子3-5，天线反射板3-6的另一端面与4个射频通道盖板3-3共同固定在射频单元盒体3-1的一端，射频单元盖板3-2与射频单元盒体3-1的另一端通过螺钉相固定，4个北斗阵子3-4和1个GPS阵子3-5的插头与射频盒内的插座连接，阵子的安装面与天线反射板接触，便于安装固定和形成良好的接地。射频单元盒体两面开槽，分别将频综和射频单元进行封闭安装，形成独立腔体。
1. 总体设计：
天线结构设计目的是把几个单元合理的整合在一起，做到结构简单紧凑、电磁屏蔽良好和满足三防要求。本天线的外形尺寸总体要求为134mm×134mm×60mm（不包括天线罩），在此空间内根据各个单元电路板及电缆情况进行综合设计，确保各个单元的分布合理。
2. 材料的选择：
由于本天线要求体积小、重量轻、具有抗一定腐蚀的能力，所以设计多采用高强度变形铝，优先选用5A02、5A06、2A12和7075等在航空航天广泛使用的铝合金，它们具有密度小、强度高、价格适中、采购方便的特点，适宜大批量使用。
铝合金表面均采用化学导电氧化处理，保证整体结构件安装牢靠并具有一定的导电性能。内部紧固件均选用不锈钢材料，电路板均进行浸漆处理，在天线安装面装有密封胶条，这些措施可以保证天线的三防能力。
3. 小型化设计：
本天线小型化设计，首先将4个北斗阵子3-4和1个GPS阵子3-5安装在天线反射板3-6的一端面，务必做到最小的安装面积，此面积决定了整个天线的长和宽。然后，将天线反射板3-6固定到射频单元盒体3-1上。
射频单元盒体3-1再分别通过螺钉与功分器与电源单元1、抗干扰单元2、天线罩4相固定。功分器与电源单元1和抗干扰单元2在深度上仅保证安装内部电路板的尺寸，并留有较小的间隙。天线罩4深度上仅保证不与阵子干涉即可。在各个单元内部设计时，除保证电磁兼容留有的各个隔离“腔室”外，尽量将内部空间做到最小。
4. 天线罩的设计：
如图8所示，天线罩是用来保护天线免受外界影响的透波壳，本天线最初设计采用ABS材料，但在使用过程中，容易变形。随后天线罩采用玻璃钢纤维增强复合材料，它具有很高的比强度，可耐普通酸碱盐，在强烈的紫外线辐射下，低温-55℃和高温85℃环境下，不退色、不龟裂和起泡。并且透波性能较好，在温度60℃、湿度95%时，透波率大于90%（1～2GHz）。实物经过测试使用，效果良好。
5. 电磁屏蔽的设计：
电磁屏蔽在天线的设计中，占有很重要的地位，射频电路尤其容易受到外界的电磁干扰。电磁干扰不仅影响电子设备的正常工作，甚至造成某些元器件的损害，因此对天线的电磁兼容技术要给予充分重视。
电磁干扰形成的三个必备条件，即电磁干扰源、电磁干扰传播途径和易接受电磁干扰的敏感电路和器件。电磁兼容三要素在射频接收机系统中表现为导体及无线电辐射源、传输介质、接收式敏感单元，对于射频接收机系统的电磁兼容设计，可以基于这样考虑，通常采用的方法是滤波、屏蔽和隔离。
5.1本天线电路设计的采取的主要方法有：
a. 电源滤波：
采用滤波器来消除电源产生的波纹电压对信号的干扰。
b. 接地：
电路板底面采用大面积接地方法，来消除寄生振荡的影响。
c. PCB布线：
布线时按照信号传输方向直线排布，减小输入输出之间的耦合干扰。
d. 高密度安装：
在避免不同频率之间耦合的条件下，采用模块化分立型集成电路，缩短电气网络互联线，可以减小电路各种寄生参数对性能的影响。
5.2结构设计中采取的主要方法：
a. 独立划分：
不同功能的电路划分不同的腔室，分别形成独立的屏蔽空间，防止串扰。
b. 串扰格挡：
对于电路中的大功率干扰源，在独立的腔室内，再起“高墙”，对腔室内部进行隔离，减小信号的串扰。如图3所示，天线的频综单元和抗干扰单元腔体内部设计有“隔离墙”。
c. 螺钉间距设计：
在结构设计中，螺钉间距一般小于15d（d为螺钉公称直径），本天线结构使用的最大螺钉为M2.5，即最大间距不会超过37.5mm，螺钉的间距均满足安装强度要求。但是，螺钉间距不仅关系着安装强度，还影响着电磁的屏蔽效果，螺钉越密，屏蔽效果自热越好，但螺钉过密必然带来装配的麻烦，增加装配工作量。
按照一般要求，保证良好的电磁兼容性能，箱体缝隙的最大线性尺寸应小于λ/10～λ/100。本天线螺钉的间距设计，采用上述理论，在实际设计中取螺钉的间距为小于λ/10，根据不同信号的频率设计不同的螺钉间距，例如如果屏蔽小于1 GHZ的干扰， 根据式：
v——光速；λ——波长；f——频率。
经计算，λ约等于300mm，所以螺钉的间距最大距离为300/10=30mm。
d. 深缝隙结构设计：
本天线的各个功能单元均“密闭”在各自的腔体中，通过盖板密封，盖板不可避免的产生缝隙，本天线降低电磁干扰的方法还多采用深缝隙结构。在本天线的结构设计中，诸多单元的盖板均采用了深缝隙结构设计，例如射频通道盖板和功分器单元盖板，在盖板边缘设计有一圈凸起，如图6所示为功分器盖板的结构示意图。
e. 应用导电橡胶垫：
在面板开孔部位安装时，增加导电橡胶垫，可以使屏蔽体的局部电流连续，大大增加了电磁屏蔽效果，同时还起到环境密封的作用。
f. 穿心电容与屏蔽腔的使用：
天线面板及其它结构件开孔安装时，为防止电磁泄露，可在元件后安装屏蔽罩。各个独立腔室引入电源时，可用穿心电容滤波实现电磁屏蔽。本天线采用了穿心电容进行滤波和屏蔽。
6. 散热设计：
由于电路中有许多大功率的“芯片”，这些芯片工作时温度较高，在结构设计时需要对发热器件进行散热设计，保证器件的正常工作。本天线对所有发热过大的器件增加了散热板，下面以抗干扰单元的电源模块（功率5W）散热设计为例，进行介绍。
我们使用的设计和分析软件是SolidWorks，首先建立“发热芯片”和散 热板的三维模型，然后在装配体中进行热分析。在本设计分析中，散热板即为图7中的抗干扰单元盖板，在发热模块与“散热板”之间夹有一层厚度约0.5mm的导热胶。
热分析的条件是：
发热芯片封装为陶瓷，导热系数为 ；
散热板为铝合金5A02，导热系数；
芯片与散热板之间有0.5mm厚的导热硅橡胶的传热系数为；
发热芯片发热量为5W，空气的对流系数为；
装配体采用全局接触，导热硅胶设计为热阻模态，环境温度为298K。
通过软件进行热分析，结果见图9。从结果的点画图中可以看出，本模块从供电开始工作到600s左右时，温度变为恒定最高，最高温度约为326K（53℃）。
此模块正常的工作稳定范围为-55℃～125℃，经过散热设计后的结构可以保证模块的正常工作，即散热结构设计合理。本天线的其它散热结构与其类似。
Claims (5)
1. 一种北斗卫星导航天线，其特征在于：包括功分器与电源单元（1）、抗干扰单元（2）、射频单元（3）、天线罩（4），所述抗干扰单元（2）固定在射频单元（3）内，所述功分器与电源单元（1）和天线罩（4）分别与射频单元（3）固定在一起。
2.根据权利要求1所述的一种北斗卫星导航天线，其特征在于：所述功分器与电源单元（1）包括功分器与电源单元盒体（1-1）、功分器单元盖板（1-2）、接插件（1-3）；数个所述接插件（1-3）分别固定在功分器与电源单元盒体（1-1）的一端面上，所述功分器单元盖板（1-2）固定在功分器与电源单元盒体（1-1）的另一端面上。
3.根据权利要求2所述的一种北斗卫星导航天线，其特征在于：所述功分器单元盖板（1-2）一端面边缘设有一圈凸起结构(1-21)。
4.根据权利要求1所述的一种北斗卫星导航天线，其特征在于：所述抗干扰单元（2）包括抗干扰单元盒体（2-1）、抗干扰单元盖板（2-2），所述抗干扰单元盖板（2-2）固定在抗干扰单元盒体（2-1）上。
5.根据权利要求1所述的一种北斗卫星导航天线，其特征在于：所述射频单元（3）包括射频单元盒体（3-1）、射频单元盖板（3-2）、射频通道盖板（3-3）、北斗阵子（3-4）、GPS阵子（3-5）、天线反射板（3-6），所述天线反射板（3-6）的一端面安装4个北斗阵子（3-4）和1个GPS阵子（3-5），天线反射板（3-6）的另一端面与4个射频通道盖板（3-3）共同固定在射频单元盒体（3-1）的一端，所述射频单元盖板（3-2）与射频单元盒体（3-1）的另一端相固定，4个北斗阵子（3-4）和1个GPS阵子（3-5）的插头与射频盒内的插座连接。
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|---|---|---|---|---|
| CN108828629A (zh) * | 2018-06-22 | 2018-11-16 | 安徽尼古拉电子科技有限公司 | 一种基于北斗卫星的抗干扰装置 |
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2013
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