一種寬頻帶高精度衛星定位終端天線的製作方法

2023-07-06 04:43:01 1

一種寬頻帶高精度衛星定位終端天線的製作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種寬頻帶高精度衛星導航定位終端天線，包括單層輻射貼片、貼片介質和饋電板，其中輻射貼片固定在貼片介質的上表面，饋電板設置在貼片介質的下表面，饋電板上表面覆有由金屬底板構成的地板，地板上開有中心位於天線對稱軸上的十字縫隙，饋電板的下表面設有饋電網絡，饋電網絡含有四個相對天線對稱軸對稱並通過十字縫隙激勵輻射貼片的輻射源，饋電板下方設有屏蔽體。本實用新型具有優良寬帶圓極化特性，工作頻率範圍為1.1GHz-1.7GHz，駐波小於2；可同時滿足多系統導航設備使用；保證天線的幾何中心和相位中心穩定；可用於單兵系統和個人終端，也可推廣到車載或其他移動載體；裝配工藝簡單，便於廣泛推廣。
【專利說明】一種寬頻帶高精度衛星定位終端天線
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種定位天線，尤其是一種寬頻帶高精度衛星定位終端天線。
【背景技術】
[0002]目前全球己經運營或在建的衛星導航系統有:美國的GPS系統，俄羅斯的GL0NASS系統，歐洲的伽利略系統，以及我國的北鬥衛星導航定位系統。定位與測量是衛星導航系統的兩大功能，前者以偽碼相位為觀測量確定偽距，後者主要以載波相位觀測確定偽距。衛星導航精密測量技術已經廣泛應用於經濟建設和科學技術的諸多領域，尤其是大地測量學及其相關學科領域，包括地球動力學、海洋大地測量學、天文學、地球物理勘探、資源勘探、工程測量與工程變形監測等。
[0003]在全球衛星導航定位系統中，所測的衛星到接收機的距離，實際上指的是衛星天線零相位中心點到接收機天線零相位中心點的距離。所以為了降低測量誤差，天線的零相位中心點應在其覆蓋區內保持穩定，並儘量接近天線的幾何中心位置。對於來自不同仰角、方位上的衛星信號，接收天線的零相位中心位置實際有可能是不同的，這就引入了測量誤差和定位誤差。因此，接收天線應儘可能使零相位中心和天線幾何中心一致。
[0004]導航測量型天線作為高精度衛星導航接收機的重要組成部分，它的性能直接關係到衛星導航接收機測量精度。天線的相位中心變化和多徑效應是高精度衛星導航測量系統中的顯著誤差源。
[0005]目前不同GPS廠家推出了各種GPS測量天線:1、採用軸對稱多饋源的微帶疊層貼片天線，如Trimble公司的EyPhyr測量型天線和Topcon公司的LegAntZ&3。2、採用「風火輪」技術的多臂平面螺旋縫隙天線，如Novatel公司的GPS-600天線和Sokkia公司的sok600天線。尤其雙頻天線，其結構和饋電網絡越來越複雜，工作帶寬受限。目前現有的測量型天線大多採用多層疊層貼片和扼流圈結構，饋電部分採用探針，雙饋電或多饋電結構造成軸比帶寬和阻抗帶寬有限，天線剖面高，部件多，裝配工藝複雜，不利於批量生產，成本高，難於推廣。
實用新型內容
[0006]針對現有測量天線中存在的結構和饋電網絡複雜，以及帶寬受限等問題，本實用新型提供了 一種寬頻帶高精度衛星定位終端天線。
[0007]本實用新型的設計原理為:在天線工作波瓣內，為滿足天線的相位中心高穩定度要求，天線的相位中心與幾何中心的儘可能重合，通過軸對稱多饋源設計保持天線的軸對稱性；並滿足天線的機械性能特定載體要求；採取合適的措施抑制多徑效應，防止減小信號受到雜波幹擾，本實用新型通過採用屏蔽腔和加大地板，抑制後向輻射和多徑幹擾。
[0008]本實用新型採用的技術方案是:
[0009]一種寬頻帶高精度衛星導航定位終端天線，包括單層輻射貼片以及與天線對稱軸同軸設置的貼片介質和饋電板，其中輻射貼片固定在貼片介質的上表面，貼片介質採用較大厚度材料，以增加天線阻抗帶寬和增益。饋電板設置在貼片介質的下表面，所述饋電板上表面覆有由金屬底板構成的地板，所述地板上開有中心位於天線對稱軸上的十字縫隙，保證十字縫隙的中心仍處於天線的對稱軸上，調節縫隙的長寬尺寸，滿足阻抗匹配，同時使饋電網絡通過十字縫隙激勵輻射貼片。饋電板的下表面設有饋電網絡，所述饋電網絡含有四個相對天線對稱軸對稱並通過十字縫隙激勵輻射貼片的輻射源，所述饋電板下方設有屏蔽體，所述屏蔽體圍成饋電網絡下方的屏蔽腔。
[0010]進一步地，寬頻帶高精度衛星導航定位終端天線還包括構成天線頂端的介質蓋板以及構成天線底端的安裝基座，其中所述介質蓋板呈圓形並由透波的ABS塑料製成，不影響天線輻射性能的同時，保證其滿足結構強度要求，並對下層輻射體起到保護作用。介質蓋板圓心位於天線的對稱軸上，所述安裝基座為非金屬無底空心圓柱。
[0011]優選地，所述輻射源的幅度相等，相位分別為90° ,180° ,270°，0°。
[0012]其中，所述輻射貼片為準正方形微帶貼片，所述貼片介質和饋電板為圓形。
[0013]進一步地，所述屏蔽體為上部呈開放式的圓柱體，採用鋁質材料製成，其上外沿與所述地板齊平，主要作用是:屏蔽饋電網絡輻射出的電磁波，以保障天線相位中心的穩定；優選地，安裝基座為非金屬無底空心圓柱，其主要作用是安裝固定整個天線。
[0014]優選地，分別在所述介質蓋板、貼片介質、饋電板和屏蔽體上設有沿圓周排列的四個安裝孔，通過非金屬螺絲固定到一起，在所述屏蔽體的底部中心設置通孔，天線通過50 Ω同軸線穿過所述通孔和系統相連。
[0015]優選地，所述饋電網絡為兩級一分四Wilkinson功分器，饋電網絡經過λ/4和入/2微帶傳輸線產生四個幅度相等激勵源，並且相位滿足分別為90°，180° ,270°，0°。
[0016]進一步地，所述介質蓋板和所述貼片介質均採用低介電常數高頻複合材料，其介電常數為3.2 ;所述饋電板採用高頻符合材料雙面覆銅板，其介電常數為9.8。
[0017]本實用新型的有益效果是:本實用新型具有優良寬帶圓極化特性，可覆蓋GPS、GL0NASS和北鬥多個導航系統，工作頻率範圍為1.1GHz-L 7GHz，帶寬600MHz，駐波小於
2。接收信號由單埠輸出，同時滿足多系統導航設備使用；結構設計高度軸對稱，保證天線的幾何中心和相位中心穩定；無需增加扼流圈等複雜外部結構，亦能滿足相位中心偏移(± Imm指標，即可滿足導航應用要求，也可以適用於精確定位和測量；由於本實用新型尺寸便攜，可以用於單兵系統和個人終端，也可以推廣到車載或其他移動載體；本實用新型裝配工藝簡單，貼片和饋電網絡之間無需探針焊接饋電點，只通過四個螺絲和安裝孔位固定連接，便於廣泛推廣。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]下面結合附圖對本實用新型的【具體實施方式】作進一步說明:
[0019]圖1所示為寬頻帶高精度衛星定位終端天線整體結構分解圖；
[0020]圖2所示為寬頻帶高精度衛星定位終端天線整體結構示意圖；
[0021]圖3所示為本實用新型實測電壓駐波比隨頻率變化曲線；
[0022]圖4所示為本實用新型頻率1207MHz實測XOZ面方向圖；
[0023]圖5所示為本實用新型頻率1207MHz實測YOZ面方向圖；
[0024]圖6所示為本實用新型頻率1227MHz實測XOZ面方向圖；[0025]圖1所示為本實用新型頻率1227MHz實測YOZ面方向圖；
[0026]圖8所示為本實用新型頻率1268MHz實測XOZ面方向圖；
[0027]圖9所示為本實用新型頻率1268MHz實測YOZ面方向圖；
[0028]圖10所示為本實用新型頻率1561MHz實測XOZ面方向圖；
[0029]圖11所示為本實用新型頻率1561Hz實測YOZ面方向圖；
[0030]圖12所示為本實用新型頻率1575MHz實測XOZ面方向圖；
[0031]圖13所示為本實用新型頻率1575MHz實測YOZ面方向圖。
【具體實施方式】
[0032]本實用新型除了採用低介電常數的高頻複合材料，增加材料的厚度，還通過在地板41上開十字縫隙42耦合饋電技術，進一步展寬天線工作帶寬。加工精度通過印製板腐蝕工藝保證，誤差範圍在±0.01mm內，安裝精度分別通過介質蓋板1、貼片介質3、饋電板4和屏蔽體5上有四個安裝孔位保證，用非金屬螺絲和螺紋膠進行固定。
[0033]結合圖1和圖2可以看出，天線包括單層輻射貼片2以及與天線對稱軸同軸設置的貼片介質3和饋電板4，其中輻射貼片2固定在貼片介質3的上表面，貼片介質3採用較大厚度材料，以增加天線阻抗帶寬和增益。饋電板4設置在貼片介質3的下表面，所述饋電板4上表面覆有由金屬底板構成的地板41，所述地板41上開有中心位於天線對稱軸上的十字縫隙42，保證十字縫隙42的中心仍處於天線的對稱軸上，調節縫隙的長寬尺寸，滿足阻抗匹配，同時使饋電網絡43通過十字縫隙42激勵輻射貼片2。饋電板4的下表面設有饋電網絡43，所述饋電網絡43含有四個相對天線對稱軸對稱並通過十字縫隙42激勵輻射貼片2的輻射源，所述饋電板4下方設有屏蔽體5，所述屏蔽體5圍成饋電網絡43下方的屏蔽腔。
[0034]饋電板4下方屏蔽體5為鋁質圓柱形腔體。屏蔽體5外直徑132_，腔體內徑R3為126mm。屏蔽體5總高度為底蓋厚度與腔體內壁高度相加，其中底蓋厚度高度為15mm，腔體內壁高度4mm。在屏蔽體5的底部金屬蓋中心留有一半徑為30mm的通孔，以便50 Ω同軸電纜(同系統連接電纜)通過完成對信號輸出。
[0035]優選地，寬頻帶高精度衛星導航定位終端天線還包括構成天線頂端的介質蓋板I以及構成天線底端的安裝基座6，其中所述介質蓋板I呈圓形並由透波的ABS塑料製成，其介電常數為3.2，直徑為132mm，其厚度通過反覆測試後厚度為2.2mm時輻射效果最佳，不影響天線輻射性能的同時，保證其滿足結構強度要求，並對下層輻射體起到保護作用。介質蓋板I圓心位於天線的對稱軸上，所述安裝基座6為非金屬無底空心圓柱,高度為d2 = 20mm。其主要作用是安裝固定整個天線。
[0036]作為本實施例的進一步改進，所述輻射貼片2是邊長為LI準正方形銅片，表面鍍銀處理，LI尺寸由HFSS軟體計算，經過實測調整，得到最佳尺寸為35mm。貼片介質3的仍採用低介電常數高頻複合材料，厚度為16mm有利於展寬天線的工作頻段，介電常數為3.2，形狀為圓形，直徑為132_。饋電板4亦為直徑等於132_的圓形，採用介電常數9.8厚度為2.2mm的高頻複合材料雙面覆銅板，上表面鍍銀銅層為地板41，下表面金屬層，腐蝕成一分四的兩極功分網絡。地板41的圓心作為十字開縫42的中心，縫隙的四條邊對應介質下表面的饋電網路43的四個50Ω饋點位置。縫隙的長度為L，寬度為W，通過HFSS軟體計算得到，實測調整得到最佳尺寸L = 40mm, W = 6.2mm。
[0037]作為本實施例的進一步改進，所述屏蔽體5為上部呈開放式的圓柱體，採用鋁質材料製成。屏蔽體5上外沿與地板41齊平，外沿臺階可固定饋電網絡43，同時屏蔽微帶線輻射出的電磁波，以保障天線相位中心的穩定。
[0038]優選地，分別在所述介質蓋板1、貼片介質3、饋電板4和屏蔽體5上設有沿圓周排列的四個安裝孔，通過非金屬螺絲固定到一起，在所述屏蔽體5的底部中心設置通孔，天線通過50Ω同軸線穿過所述通孔和系統相連。
[0039]作為本實施例的進一步改進，饋電板4下表面饋電網絡43通過為兩級一分四Wilkinson功分器,產生四個幅度相等、相位分別依次相差90°的信號,在第一級一分二功分網絡λ/2微帶傳輸線等幅輸出，兩埠相位相差180°，第二級功分網絡採用λ/4微帶傳輸線等幅輸出，兩埠相位相差90°，形成四埠 90°，180° ,270°，0°等幅激勵通過十字縫隙42耦合在輻射貼片2產生右旋圓極化波。
[0040]如圖3所示，本實用新型寬頻帶高精度衛星定位終端天線在1.0GHZ-1.8GHZ範圍內，駐波小於2。從圖4-圖13中可以看出，在工作頻率範圍內，寬頻寬高精度衛星定位終端天線有效地仰制了後向輻射。
[0041]本實施例僅是為了具體清楚地描述本實用新型實施過程，不作為對本實用新型的限制，在不違背本實用新型的思想和範圍的前提下，可以做出各種修改和添加，均在本實用新型的保護範圍之內。
【權利要求】
1.一種寬頻帶高精度衛星導航定位終端天線，其特徵在於，包括單層輻射貼片(2)以及與天線對稱軸同軸設置的貼片介質(3)和饋電板(4)，其中輻射貼片(2)固定在貼片介質(3)的上表面，饋電板⑷設置在貼片介質(3)的下表面，所述饋電板⑷上表面覆有由金屬底板構成的地板(41)，所述地板(41)上開有中心位於天線對稱軸上的十字縫隙(42)，饋電板(4)的下表面設有饋電網絡(43)，所述饋電網絡(43)含有四個相對天線對稱軸對稱並通過十字縫隙(42)激勵輻射貼片(2)的輻射源，所述饋電板(4)下方設有屏蔽體(5)，所述屏蔽體(5)圍成饋電網絡(43)下方的屏蔽腔。
2.根據權利要求1所述的寬頻帶高精度衛星導航定位終端天線，其特徵在於，還包括構成天線頂端的介質蓋板(I)以及構成天線底端的安裝基座(6)，其中所述介質蓋板(I)呈圓形並由透波的ABS塑料製成，其圓心位於天線的對稱軸上，所述安裝基座(6)為非金屬無底空心圓柱。
3.根據權利要求1所述的寬頻帶高精度衛星導航定位終端天線，其特徵在於，所述輻射源的幅度相等，相位分別為90°，180° ,270°，0°。
4.根據權利要求1所述的寬頻帶高精度衛星導航定位終端天線，其特徵在於，所述輻射貼片(2)為準正方形微帶貼片，所述貼片介質(3)和饋電板(4)為圓形。
5.根據權利要求1所述的寬頻帶高精度衛星導航定位終端天線，其特徵在於，所述屏蔽體(5)為上部呈開放式的圓柱體，採用鋁質材料製成，其上外沿與所述地板(41)齊平。
6.根據權利要求1所述的寬頻帶高精度衛星導航定位終端天線，其特徵在於，分別在所述介質蓋板(I)、貼片介質(3)、饋電板(4)和屏蔽體(5)上設有沿圓周排列的四個安裝孔，通過非金屬螺絲固定到一起，在所述屏蔽體(5)的底部中心設置通孔，天線通過50 Ω同軸線穿過所述通孔和系統相連。
7.根據權利要求1所述的寬頻帶高精度衛星導航定位終端天線，其特徵在於，所述饋電網絡(43)為兩級一分四Wilkinson功分器。
8.根據權利要求1或2所述的寬頻帶高精度衛星導航定位終端天線，其特徵在於，所述介質蓋板(I)和所述貼片介質(3)均採用低介電常數高頻複合材料，其介電常數為3.2。
9.根據權利要求1所述的寬頻帶高精度衛星導航定位終端天線，其特徵在於，所述饋電板(4)採用高頻符合材料雙面覆銅板，其介電常數為9.8。
【文檔編號】H01Q1/48GK203760674SQ201420006645
【公開日】2014年8月6日 申請日期:2014年1月6日 優先權日:2014年1月6日
【發明者】張福順, 王莉娜, 蔣劍虹 申請人:深圳市維力谷無線技術有限公司