CN219303947U

CN219303947U - 低成本全频段高精度多功能导航通信天线

Info

Publication number: CN219303947U
Application number: CN202320340623.8U
Authority: CN
Inventors: 王天久; 孙中亮; 王勇; 占兆昕; 汪漪
Original assignee: Shenzhen Huada Beidou Technology Co ltd
Current assignee: Shenzhen Huada Beidou Technology Co ltd
Priority date: 2023-02-28
Filing date: 2023-02-28
Publication date: 2023-07-04
Anticipated expiration: 2033-02-28

Abstract

本实用新型实施例公开了一种低成本全频段高精度多功能导航通信天线，包括辐射片、馈电电缆、反射板以及合路电路，辐射片设于反射板上方，辐射片上设有两个正交的蝶形偶极子，反射板正面敷铜，反射板背面印制有合路电路；合路电路采用90度电桥芯片；所述两个蝶形偶极子通过馈电电缆分别与合路电路连接馈电，输出右旋和左旋圆极化信号。本实用新型具备相位精度稳定、定位精度高、低仰角信号接收效果好等优点；本实用新型将天线对测量误差的影响降到最低，结构简单，重量轻、成本低，生产方便。

Description

低成本全频段高精度多功能导航通信天线

技术领域

本实用新型涉及导航技术领域，尤其涉及一种低成本全频段高精度多功能导航通信天线。

背景技术

全球卫星导航系统是指能在地球表面或近地空间的任何地点为用户提供全天候的3维坐标和速度以及时间信息的空基无线电导航定位系统，其原理是卫星至用户间的距离测量是基于卫星信号的发射时间与到达接收机的时间之差，称为伪距，为了计算用户的三维位置和接收机时钟偏差，伪距测量要求至少接收来自4颗卫星的信号。随着全球一体化的发展，卫星导航系统在航空、汽车导航、通信、测绘、娱乐等各个领域均有应用。

目前，全球有四大卫星定位系统：美国的全球定位系统(GPS)、俄罗斯的全球导航卫星系统(GLONASS )、欧洲航天局的伽利略卫星定位系统和中国的北斗导航卫星定位系统。

由于各导航系统的工作频段差别较大，而且在很多情况下需要使用多种导航系统，所以需要设计一款支持所有导航系统的全频段导航天线（工作频段1.16~1.7GHz的右旋圆极化天线），本全频段导航天线还需要支持星基增强系统，星基增强系统使用频段为L-Band（1.525-1.614GHz ）；本全频段导航通信天线还需要支持北斗短报文系统，支持1616MHz（左旋圆极化）和2492MHz(右旋圆极化)；

随着技术的进步和社会的发展，对于卫星导航系统定位精度要求也越来越高，高精度的导航定位需要使用专门的高精度定位天线。目前市场上的常用的宽带高精度导航通信天线通常采用层叠的大厚度射频板材制作，主要缺点是：1、大厚度射频板材成本太高，天线成本一般在200圆以上；2、重量重，使用场景受限。3、不支持短报文系统。

因此，需要发明一款低成本全频段高精度多功能导航通信天线，要求此天线支持所有导航系统（支持1.16~1.7GHz的右旋圆极化）及北斗短报文系统（支持1616MHz的左旋圆极化和2492MHz的右旋圆极化)；同时要求此天线相位精度高，成本低，可用于CORS站等要求高精度定位的场景。

实用新型内容

本实用新型实施例所要解决的技术问题在于，提供一种低成本全频段高精度多功能导航通信天线，以支持所有导航系统及北斗短报文系统，同时降低成本，简化结构，提升精度。

为了解决上述技术问题，本实用新型实施例提出了一种低成本全频段高精度多功能导航通信天线，包括辐射片、馈电电缆、反射板以及合路电路，辐射片设于反射板上方，辐射片上设有两个正交的蝶形偶极子，反射板正面敷铜，反射板背面印制有合路电路；合路电路采用90度电桥芯片；所述两个蝶形偶极子通过馈电电缆分别与合路电路连接馈电，输出右旋和左旋圆极化信号。

进一步地，辐射片和反射板采用FR4电路板制成，所述蝶形偶极子均由两个对称的蝶形的平面振子臂组成，所述蝶形偶极子的两个平面振子臂分别印制在辐射片的正反两面。

进一步地，辐射片和反射板采用FR4电路板制成。

进一步地，还包括塑料支撑柱，所述辐射片通过塑料支撑柱设于反射板上方。

进一步地，所述塑料支撑柱安装在辐射片的边沿。

进一步地，反射板边沿安装有短报文S频段陶瓷天线。

进一步地，短报文S频段陶瓷天线的上层采用U型镂空结构，中心馈电。

进一步地，采用介电系数为10的陶瓷材料制作。

进一步地，合路电路包括印制于反射板背面，用于连接90度电桥芯片和馈电电缆的传输线。

进一步地，辐射片的尺寸为84*84*1mm，反射板的尺寸为200*200*1mm，反射板和辐射片的距离为50mm。

本实用新型的有益效果为：

1、本实用新型采用两个正交的宽带蝶形偶极子方案，通过将平面振子臂设计成特定形状，以及设计蝶形偶极子之间的渐变缝隙，使天线的输入阻抗在1.1-1.7GHz频率范围内和在50欧附近变化不大。实用新型这一设计展宽了带宽，避免了多余的巴伦设计。

2、本实用新型采用在一块板材上设计两个正交的宽带蝶形偶极子方案，简化了设计，降低了成本。

3、本实用新型采用FR4板材，FR4板材重量轻、成本低，缺点是介电系数不稳定，介质损耗较大。本天线采用振子型天线设计，和板材的电性能关系不大，所以可以使用FR4板材制作，大幅度降低了成本。

4、本实用新型的两路输出90度宽带电桥芯片焊接在在反射板的背面，两个正交的蝶形偶极子通过两路输出90度宽带电桥芯片后可同时实现天线的右旋和左旋圆极化性能。右旋圆极化信号可作为全频段高精度导航信号使用，左旋圆极化信号可作为北斗短报文的L频段（1616MHz）信号使用。

5、本实用新型的短报文S频段陶瓷天线采用U型镂空形式，中心馈电方法，轴比也优于普通的单馈天线。

6、本实用新型的短报文S频段陶瓷天线安装在反射板边沿，不受其他频段天线的影响。

附图说明

图1是本实用新型实施例的低成本全频段高精度多功能导航通信天线的立体结构图。

图2是本实用新型实施例的低成本全频段高精度多功能导航通信天线的正面结构透视图。

图3是本实用新型实施例的低成本全频段高精度多功能导航通信天线的侧视示意图。

图4是本实用新型实施例的合路电路的原理图。

图5是本实用新型实施例的低成本全频段高精度多功能导航通信天线的VSWR图。

图6是本实用新型实施例的低成本全频段高精度多功能导航通信天线在L5频段（1176MHz）的实际增益3D方向图。

图7是本实用新型实施例的低成本全频段高精度多功能导航通信天线在L1频段（1575MHz）的实际增益3D方向图。

图8是本实用新型实施例的低成本全频段高精度多功能导航通信天线在短报文L频段（1616MHz）左旋圆极化的实际增益3D方向图。

图9是本实用新型实施例的低成本全频段高精度多功能导航通信天线在短报文S频段（2492MHz）的实际增益3D方向图。

图10是本实用新型实施例的低成本全频段高精度多功能导航通信天线在L5频段（1176MHz）的轴比方向图。

图11是本实用新型实施例的低成本全频段高精度多功能导航通信天线在L1频段（1575MHz）的轴比方向图。

图12是本实用新型实施例的低成本全频段高精度多功能导航通信天线在短报文S频段（2492MHz）的轴比方向图。

附图标号说明

辐射片1，反射板2，蝶形偶极子3，馈电电缆4，短报文S频段陶瓷天线5，塑料支撑柱6。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互结合，下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步详细说明。

本实用新型实施例中若有方向性指示（诸如上、下、左、右、前、后……）仅用于解释在某一特定姿态（如附图所示）下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，在本实用新型中若涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。

请参照图1～图3，本实用新型实施例的低成本全频段高精度多功能导航通信天线采用两个宽带十字交叉的蝶形偶极子天线组合短报文S频段陶瓷天线实现。低成本全频段高精度多功能导航通信天线包括在辐射片（一块FR4板材上印制的两个正交的蝶形偶极子）、馈电电缆、反射板、90度电桥芯片、塑料支撑柱及安装在反射板边沿的短报文S频段陶瓷天线。

所述辐射片为84*84*1mm的普通FR4电路板，FR4板材具有重量轻，成本低的优点，缺点是介电系数不稳定，介质损耗较大。由于本天线为振子型天线，和板材的电性能关系不大，所以可以使用FR4板材制作。每个蝶形偶极子有两个对称的蝶形的平面振子臂，印制在FR4板材的正反两面。两个蝶形偶极子的PCB互相交叉，形成宽带十字交叉蝶形偶极子。每个宽带偶极子采用电缆馈电，电缆的内芯和外导体通过FR4板材上的非金属化过孔分别焊接上下两面的振子臂（见图3）。本实用新型通过将平面振子臂设计成蝶形形状，以及设计十字交叉蝶形臂之间的渐变缝隙，使天线的输入阻抗在1.1-1.7GHz频率范围内在50欧附近变化不大，实现宽带匹配。

本实用新型通过在FR4板材的正反两面的PCB印制以及馈电方式（见图1～图3），使得一块FR4板材即可实现两个十字交叉的宽带蝶形偶极子的馈电和使用。

所述反射板为200*200*1mm的普通FR4电路板，距辐射片的距离为50mm，正面完全敷铜，背面印制有带90度宽带电桥芯片的合路电路。具体实施时，反射板尺寸可根据需要减小，辐射片和反射板尺寸也可根据需要改成圆形。上述两个蝶形偶极子的两根电缆馈线穿过反射板，通过反射板背面印制的50欧传输线与反射板合路电路上的90度宽带电桥芯片连接，所述两个正交的蝶形偶极子通过两路50欧传输线输入90度宽带电桥芯片后可同时输出天线的右旋和左旋圆极化信号（原理见图4）；右旋圆极化信号可作为全频段高精度导航信号使用，左旋圆极化信号可作为北斗短报文的L频段（1616MHz）信号使用。

本实用新型采用振子型天线设计，和板材的电性能关系不大，所以可以使用普通FR4板材制作，即使FR4板材介电系数不稳定，介质损耗较大，对天线无影响。

所述90度电桥芯片为90度宽带电桥芯片，支持频段范围为1.1-1.7GHz，使用原理见图4；

所述塑料支撑柱用于将辐射片固定到在反射板上，塑料支撑柱安装在辐射片的边沿，反射板留有多个安装通孔，通过螺钉紧固，提高天线的抗震动冲击能力。

短报文S频段陶瓷天线采用介电系数为10的陶瓷材料制作，尺寸为25*25*4mm，陶瓷天线的上层采用U型镂空形式，中心馈电（见图1和图2），采用这种方法馈电的陶瓷天线优点是带宽较宽，轴比较好。S频段陶瓷天线安装在反射板边沿，不受其他频段天线的影响。

本实用新型的低成本全频段高精度多功能导航通信天线经仿真和实测，结果如下：

1、图5是低成本全频段高精度多功能导航通信天线的VSWR。

根据VSWR可知1.15-1.78GHz之间，VSWR小于2，满足全频段的要求。

2、图6～图9是低成本全频段高精度多功能导航通信天线的各频点实际增益3D方向图。

根据方向图可知，各频点实际增益较大，满足CORS站使用要求。

3、图10～图12是低成本全频段高精度多功能导航通信天线的各频点的轴比方向图

根据方向图可知，各频点轴比较好，满足高精度天线的要求。

短报文S频段天线不是高精度天线，但采用U型镂空形式，中心馈电方法，可增大带宽，轴比也优于普通的单馈天线。

本实用新型采用高精度定位天线设计，具备相位精度稳定、定位精度高、低仰角信号接收效果好等优点。本实用新型采用多馈点对称设计方案，实现相位中心与几何中心的重合，将天线对测量误差的影响降到最低。本实用新型还拥有结构简单，重量轻、成本低，生产方便的优点。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同范围限定。

Claims

1.一种低成本全频段高精度多功能导航通信天线，包括辐射片、馈电电缆、反射板以及合路电路，其特征在于，辐射片设于反射板上方，辐射片上设有两个正交的蝶形偶极子，反射板正面敷铜，反射板背面印制有合路电路；合路电路采用90度电桥芯片；所述两个蝶形偶极子通过馈电电缆分别与合路电路连接馈电，输出右旋和左旋圆极化信号。

2.如权利要求1所述的低成本全频段高精度多功能导航通信天线，其特征在于，所述蝶形偶极子均由两个对称的蝶形的平面振子臂组成，所述蝶形偶极子的两个平面振子臂分别印制在辐射片的正反两面。

3.如权利要求1所述的低成本全频段高精度多功能导航通信天线，其特征在于，辐射片和反射板采用FR4电路板制成。

4.如权利要求1所述的低成本全频段高精度多功能导航通信天线，其特征在于，还包括塑料支撑柱，所述辐射片通过塑料支撑柱设于反射板上方。

5.如权利要求4所述的低成本全频段高精度多功能导航通信天线，其特征在于，所述塑料支撑柱安装在辐射片的边沿。

6.如权利要求1所述的低成本全频段高精度多功能导航通信天线，其特征在于，反射板边沿安装有短报文S频段陶瓷天线。

7.如权利要求6所述的低成本全频段高精度多功能导航通信天线，其特征在于，短报文S频段陶瓷天线的上层采用U型镂空结构，中心馈电。

8.如权利要求7所述的低成本全频段高精度多功能导航通信天线，其特征在于，采用介电系数为10的陶瓷材料制作。

9.如权利要求1所述的低成本全频段高精度多功能导航通信天线，其特征在于，合路电路包括印制于反射板背面，用于连接90度电桥芯片和馈电电缆的传输线。

10.如权利要求1所述的低成本全频段高精度多功能导航通信天线，其特征在于，辐射片的尺寸为84*84*1mm，反射板的尺寸为200*200*1mm，反射板和辐射片的距离为50mm。