專利名稱：北斗/gps授時型雙系統(tǒng)接收天線的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種接收天線，尤其適用于兼容GPS與北斗一代衛(wèi)星授時信號 接收，能同時接收GPS波段和北斗一代波段的授時衛(wèi)星信號。
背景技術：
GPS是由美國軍方掌控的衛(wèi)星導航系統(tǒng)，其授時精度和可用性受制于美國的 GPS政策，因此，對于關系到國計民生的一些行業(yè)，GPS授時具有潛在的不安全 因素，我國的北斗一號衛(wèi)星導航系統(tǒng)由我國自主研制開發(fā)，不受別國限制，安 全性高。北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)可采用單星授時方式，由于北斗一號衛(wèi)星為靜止軌 道衛(wèi)星，不涉及星間切換，授時信號波動小，授時體制好。GPS衛(wèi)星是中高軌道 衛(wèi)星，相對于固定地面用戶其位置是不斷變化的，授時過程中須跟蹤不同的衛(wèi) 星，授時信號波動大，在授時體制方面不及北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)，但GPS在穩(wěn)定 性方面相對較好且GPS授時技術更加成熟，北斗和GPS在授時方面各有優(yōu)劣。
目前，GPS的衛(wèi)星授時技術己相當'成熟，北斗一代衛(wèi)星授時技術也已大量應 用，但是尚未出現(xiàn)能兼容北斗一代和GPS雙系統(tǒng)授時信號接收的一體化天線， 同時能夠接收北斗授時信號和GPS授時信號的北斗/GPS授時型雙系統(tǒng)接收天線 的出現(xiàn)，為授時設備同時提供了北斗授時信號和GPS授時信號，使授時設備能 夠采用北斗及GPS主備結合的工作模式，功能互補，提高系統(tǒng)可靠性，能夠擺 脫對單一GPS導航系統(tǒng)的依賴，當某一衛(wèi)星授時信號不正常時，能夠排除干擾， 提供持續(xù)可靠的授時信息，減少安全隱患。北斗/GPS授時型雙系統(tǒng)接收天線的 使用能更好的滿足我國國民經(jīng)濟和國防建設的需要，實現(xiàn)良好的經(jīng)濟效益和社 會效益。
發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是，提供一種北斗一代和GPS雙系統(tǒng)授時信號一體化接收天 線，既能接收北斗信號，又能接收GPS信號，信號之間無干擾，以便更好的滿 足授時型用戶的高精度，高可靠授時需求。
本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的-
一種北斗/GPS授時型雙系統(tǒng)接收天線，該天線能同時接收GPS授時信號和 北斗一代授時信號，它包括設置在同一接收系統(tǒng)中的北斗接收單元和GPS接收 單元，所述北斗接收單元和GPS接收單元分別與同一個保護電路相連接。
所述的北斗接收單元為北斗天線接收北斗授時信號后，經(jīng)過北斗低噪聲 放大電路和北斗帶通濾波電路后，進入北斗/GPS混合電路。在所述的北斗接收單元中，北斗帶通濾波電路前的北斗低噪聲放大電路包 括兩級放大電路北斗第一級低噪聲放大電路和北斗第二級低噪聲放大電路； 北斗帶通濾波電路后再與北斗第三級低噪聲放大電路相連接，北斗第三級低噪
聲放大電路與北斗/GPS混合電路相連接。
所述的GPS接收單元為GPS天線接收GPS授時信號后，經(jīng)過GPS第一級低 噪聲放大電路和GPS帶通濾波電路后，與GPS第二級低噪聲放大電路相連接， GPS第二級低噪聲放大電路與北斗/GPS混合電路相連接。
所述的北斗天線和所述的GPS天線都為陶瓷天線。
所述北斗第一級低噪聲放大電路和所述GPS第一級低噪聲放大電路中的放 大器為低噪聲的場效應晶體管。
所述的北斗帶通濾波電路和所述的GPS帶通濾波電路都采用介質濾波器。 所述的北斗/GPS混合電路為介質濾波器和LC電路的結合電路。 所述的保護電路為兩級防雷保護電路。
采用上述技術方案的北斗/GPS授時型雙系統(tǒng)接收天線包含兩個信號通路 GPS通路接收頻點為1575. 42腿z的GPS授時信號電路。 北斗通路接收頻點為2491. 75MHz的北斗一代授時信號電路。 本一體化天線的指標如下 工作頻率 2491. 75±5 MHz
極化方式 右旋圓極化 低噪聲放大器的噪聲 《1. 5dB
VSWR《2:1 《3dB 》3dB
50歐姆 -157dBm 4. 5。5. 5V
-40°C^85°C
北斗/GPS授時型雙系統(tǒng)接收天線，不但能實現(xiàn)更加精確的授時，而且擺脫 了對單一導航系統(tǒng)的依賴，實現(xiàn)了北斗授時和GPS授時的優(yōu)勢互補，提高系統(tǒng) 得穩(wěn)定性。同時北斗天線和GPS天線的一體化設計，減小了天線的體積，使用
更加方便。
從上述指標和結構原理可看出，本發(fā)明具有以下優(yōu)點
駐波比 軸比
介質天線增益
低噪聲放大器的增益:
特性阻抗
接收靈敏度
工作電壓
工作溫度
1575. 42±5MHZ
右旋圓極化 《1.5dB VSWR《2:1 《3dB 》3dB >30dB 50歐姆 -158dBm 4. 5。5. 5V —40°C。85°C1. 北斗接收天線和GPS接收天線的一體化設計，能同時接收北斗一代衛(wèi)星 授時信號和GPS衛(wèi)星授時信號；
2. 北斗和GPS授時信號有良好的隔離度，相互之間無干擾；
3. 天線和低噪聲放大器的一體化設計，提供了足夠的天線增益；
4. 完善的防雷設計，對電路進行兩級防雷保護；
5. 低噪聲設計，使天線具有較高的接收靈敏度；
6. 體積小，和單一北斗或GPS天線相當，使用方便。
圖l是本發(fā)明的電路原理框圖； 圖2是本發(fā)明的防雷電路原理圖； 圖3是本發(fā)明的北斗天線方向圖； 圖4是本發(fā)明的GPS天線方向圖。
具體實施方式
實施例一
如圖1所示，本發(fā)明同時接收北斗授時信號和GPS授時信號并將接收的信 號進行合理的射頻電路放大、混和形成北斗/GPS授時型雙系統(tǒng)接收天線。它包 括設置在同一接收系統(tǒng)中的北斗接收單元和GPS接收單元，所述北斗接收單元 和GPS接收單元分別與同一個保護電路相連接。
所述的北斗接收單元為北斗天線接收北斗授時信號后，經(jīng)過北斗低噪聲 放大電路和北斗帶通濾波電路后，進入北斗/GPS混合電路。
所述的GPS接收單元為GPS天線接收GPS授時信號后，經(jīng)過GPS第一級低 噪聲放大電路和GPS帶通濾波電路后，與GPS第二級低噪聲放大電路相連接， GPS第二級低噪聲放大電路與北斗/GPS混合電路相連接。
具體地說，北斗/GPS授時型雙系統(tǒng)接收天線結構中包括兩個授時信號接收
通路
GPS授時信號接收通路接收頻點為1575. 42腿z的GPS授時信號電路； 北斗授時信號接收通路:接收頻點為2491. 75MHz的北斗一代授時信號電路。 兩個信號通路的接收原理是通過北斗和GPS天線分別接收北斗衛(wèi)星和GPS 衛(wèi)星授時信號，然后通過北斗低噪聲放大電路和北斗帶通濾波電路對北斗授時 信號進行放大濾波，通過GPS低噪聲放大電路和GPS帶通濾波電路對GPS授時 信號進行放大濾波，最后通過北斗/GPS混合電路對放大濾波后的北斗和GPS授 時信號進行混合。 實施例二如圖1所示，本發(fā)明同時接收北斗授時信號和GPS授時信號并將接收的信 號進行合理的射頻電路放大、混和形成北斗/GPS授時型雙系統(tǒng)接收天線。它包 括設置在同一接收系統(tǒng)中的北斗接收單元和GPS接收單元，所述北斗接收單元 和GPS接收單元分別與同一個保護電路相連接。
所述的北斗接收單元為北斗天線接收北斗授時信號后，經(jīng)過北斗低噪聲 放大電路和北斗帶通濾波電路后，進入北斗/GPS混合電路。在所述的北斗接收
單元中，北斗帶通濾波電路前的北斗低噪聲放大電路包括兩級放大電路北斗
第一級低噪聲放大電路和北斗第二級低噪聲放大電路；北斗帶通濾波電路后再 與北斗第三級低噪聲放大電路相連接，北斗第三級低噪聲放大電路與北斗/GPS
混合電路相連接。
所述的GPS接收單元為GPS天線接收GPS授時信號后，經(jīng)過GPS第一級低 噪聲放大電路和GPS帶通濾波電路后，與GPS第二級低噪聲放大電路相連接， GPS第二級低噪聲放大電路與北斗/GPS混合電路相連接。
所述的北斗天線和所述的GPS天線都為陶瓷天線。所述北斗第一級低噪聲 放大電路和所述GPS第一級低噪聲放大電路中的放大器為低噪聲的場效應晶體 管。
北斗接收單元
北斗接收單元其電路連接如下:介質天線接收2491. 75±5 MHz的北斗衛(wèi)星 信號后，經(jīng)北斗第一低噪聲放大器，北斗第二級低噪聲放大器輸出連接到北斗 帶通濾波電路，北斗帶通濾波電路的輸出連接到北斗第三級低噪聲放大器，北 斗第三級低噪聲放大器的輸出連接北斗帶通濾波混合電路，最后混合輸出。同 時加上防雷電路保護本射頻電路。本電路的天線采用高性能的陶瓷天線，放大 器采用低噪聲的PHEMT場效應晶體管，帶通濾波電路采用高性能的介質濾波器， 混和電路采用介質濾波器和LC電路的結合。
GPS接收單元
GPS接收單元其電路連接如下介質天線接收1575. 42士5MHZ的GPS衛(wèi)星信 號后，經(jīng)GPS第一級低噪聲放大輸出連接到GPS帶通濾波電路，GPS帶通濾波電 路的輸出連接到GPS第二級低噪聲放大器，GPS第二級低噪聲放大器輸出連接到 GPS帶通濾波混合電路，最后混合輸出。同時加上防雷電路保護本射頻電路。本 電路的天線同樣采用高性能的陶瓷天線，放大器采用低噪聲的PHEMT場效應晶 體管，帶通濾波電路采用高性能的介質濾波器，混和電路采用介質濾波器和LC 電路的結合。
低噪聲放大電路能有效提高靈敏度的關鍵因素就是降低接收機的噪聲系數(shù)NF，而決定接收
機的噪聲系數(shù)的關鍵部件就是處于接收機最前端的低噪聲放大器。低噪聲放大 器的主要作用是放大天線從空中接收到的微弱信號，降低噪聲干擾，以供系統(tǒng) 解調出所需的信息數(shù)據(jù)，所以低噪聲放大器的設計對整個系統(tǒng)來說是至關重要 的。本方案的低噪聲放大電路既要求系統(tǒng)有低的噪聲又要兼顧增益要求。
北斗衛(wèi)星放大電路和GPS衛(wèi)星放大電路均要求為低噪聲放大電路，因此在 器件的選擇上具有相似之處。對放大電路中應用的第一級低噪聲放大管的主要 要求是高增益和低噪聲以及足夠的動態(tài)范圍。
微波低噪聲管的噪聲系數(shù)足夠小工作頻段足夠高，晶體管的fT 一般要比工 作頻率高4倍以上，現(xiàn)在raEMT場效應管的噪聲系數(shù)在2GHz可在0.5dB左右， 工作頻率高端可達到6GHz。微波低噪聲管要有足夠高的增益和高的動態(tài)范圍， 一般要求放大器工作增益大于10dB以上。安華高科的raEMT場效應管適合我們 的第一級低噪聲放大管選擇。
對放大電路中應用的第二級低噪聲放大管及第三級低噪聲放大管的選擇一 般選用單片放大器，此類放大器在內部就完成了電路的匹配，只需外接少量元 件，就能得到足夠的增益和良好的輸入輸出匹配。本系統(tǒng)同樣選用安華高科的 單片放大器。
實際設計時為了保證低噪聲放大器穩(wěn)定工作還要注意使放大器避開潛在不
穩(wěn)定區(qū)。為改善微波管自身穩(wěn)定性，采用以下兩種方式
1) 、串接阻抗負反饋
在MES FET的源極和地之間串接一個阻抗元件，從而構成負反饋電路。對 于雙極晶體管則是在發(fā)射極經(jīng)反饋元件接地。在實際的微波放大器電路中，電 路尺寸很小，外接阻抗元件難以實現(xiàn)，因此反饋元件常用一段微帶線來代替， 它相當于電感性元件的負反饋。
2) 、穩(wěn)定衰減器
n型阻性衰減器是一種簡易可行的改善放大器穩(wěn)定性的措施，通常接在低
噪聲放大器末級輸出口，有時也加在低噪聲放大器內的級間，由于衰減器是阻 型衰減，不能加在輸入口或前級的級間，以免影響噪聲系數(shù)。放大器輸出口潛 在不穩(wěn)定區(qū)較大，在輸出端加n型阻性衰減器，對改善穩(wěn)定性相當有效。
如圖1所示，本發(fā)明同時接收北斗授時信號和GPS授時信號并將接收的信 號進行合理的射頻電路放大、混和形成北斗/GPS授時型雙系統(tǒng)接收天線。它包 括設置在同一接收系統(tǒng)中的北斗接收單元和GPS接收單元，所述北斗接收單元和GPS接收單元分別與同一個保護電路相連接。
所述的北斗接收單元為北斗天線接收北斗授時信號后，經(jīng)過北斗低噪聲 放大電路和北斗帶通濾波電路后，進入北斗/GPS混合電路。在所述的北斗接收 單元中，北斗帶通濾波電路前的北斗低噪聲放大電路包括兩級放大電路北斗 第一級低噪聲放大電路和北斗第二級低噪聲放大電路；北斗帶通濾波電路后再 與北斗第三級低噪聲放大電路相連接，北斗第三級低噪聲放大電路與北斗/GPS 混合電路相連接。
所述的GPS接收單元為GPS天線接收GPS授時信號后，經(jīng)過GPS第一級低 噪聲放大電路和GPS帶通濾波電路后，與GPS第二級低噪聲放大電路相連接， GPS第二級低噪聲放大電路與北斗/GPS混合電路相連接。
所述的北斗帶通濾波電路和所述的GPS帶通濾波電路都采用介質濾波器。 所述的北斗混合電路和所述的北斗/GPS混合電路都為介質濾波器和LC電路的結 合電路。
帶通濾波電路
由于北斗/GPS授時型雙系統(tǒng)接收天線用于授時型接收機，對射頻通道的時 延及一致性要求較高，經(jīng)過總體評估，最終選用介質濾波器，北斗介質濾波器 中心頻率在2492MHz ， 3dB帶寬為20MHz ，帶外抑制(fO士100MHz)》40dB，駐波 比<2; GPS介質濾波器中心頻率在1575MHz ， 3dB帶寬為10MHz，駐波比〈2， 帶外抑制(f0士100腿z)》40dB，由其性能指標可以看出，介質濾波器具有尺 寸小、損耗低、頻率調諧范圍寬和結構簡單等優(yōu)點，且具有良好的溫度穩(wěn)定度。
實施例四
如圖1所示，本發(fā)明包括設置在同一接收系統(tǒng)中的北斗接收單元和GPS接 收單元，所述北斗接收單元和GPS接收單元分別與同一個保護電路相連接，即 在供電部分增加防雷電路進行保護。
所述的北斗接收單元為北斗天線接收北斗授時信號后，經(jīng)過北斗低噪聲 放大電路和北斗帶通濾波電路后，進入北斗/GPS混合電路。在所述的北斗接收 單元中，北斗帶通濾波電路前的北斗低噪聲放大電路包括兩級放大電路北斗 第一級低噪聲放大電路和北斗第二級低噪聲放大電路；北斗帶通濾波電路后再 與北斗第三級低噪聲放大電路相連接，北斗第三級低噪聲放大電路與北斗/GPS 混合電路相連接。
所述的GPS接收單元為GPS天線接收GPS授時信號后，經(jīng)過GPS第一級低 噪聲放大電路和GPS帶通濾波電路后，與GPS第二級低噪聲放大電路相連接， GPS第二級低噪聲放大電路與北斗/GPS混合電路相連接。所述的北斗天線和所述的GPS天線都為陶瓷天線。所述北斗第一級低噪聲 放大電路和所述GPS第一級低噪聲放大電路中的放大器為低噪聲的場效應晶體 管。所述的北斗帶通濾波電路和所述的GPS帶通濾波電路都采用介質濾波器。 所述的北斗/GPS混合電路為介質濾波器和LC電路的結合電路。所述的保護電路
為兩級防雷保護電路。
濾波混合電路
本濾波混頻電路由電感，電容和介質濾波器實現(xiàn)構成，在北斗帶通濾波電 路部分，通過電感和電容的適當組合形成巴特沃斯帶通濾波器，并在濾波器輸 出端進行適當變換，使濾波后的北斗授時信號通過一電容輸出，以便使此帶通
濾波電路在整個混合電路中呈現(xiàn)高通特性，在GPS帶通濾波混合電路部分，通 過電感和電容的適當組合形成巴特沃斯帶通濾波器，并在濾波器輸出端進行適 當變換，使濾波后的GPS授時信號通過一電感輸出，以便使此帶通濾波電路在 整個混合電路中呈現(xiàn)低通特性，本濾波混合電路將北斗和GPS授時信號進行二 次濾波并混合輸出，混和輸出的北斗授時信號和GPS授時信號具有良好的信號 隔離度，授時信號相互之間無干擾。為減小天線的體積，濾波混頻電路通過介 質濾波器和電感，電容相結合的實現(xiàn)。 防雷保護電路
如圖2所示是本發(fā)明的兩級防雷保護電路的原理圖，當雷擊發(fā)生時，通過 放電管G1的放電，此時過電壓被大大削弱到約500V左右，通過自恢復保險絲 Fl不但可滿足高壓測試要求，同時可有效進行過流防護，TVS1進行二次限壓后， 到收發(fā)器的電壓被鉗制在6. 8V左右，從而實現(xiàn)對北斗/GPS授時型雙系統(tǒng)接收天
線的保護。
北斗/GPS授時型雙系統(tǒng)接收天線實行長距離傳輸，通常暴露于戶外，因此 極易因為雷擊等原因引入過電壓。北斗/GPS授時型雙系統(tǒng)接收天線工作電壓較 低(5V左右)，其本身耐壓耐壓范圍也非常窄(-7V、12V)， 一旦過壓引入，就 會擊穿損壞，導致通訊中斷，設備無法運行。在有強烈的浪涌能量出現(xiàn)時，甚 至可以看到北斗/GPS授時型雙系統(tǒng)接收天線爆裂，線路板焦糊的現(xiàn)象，造成巨 大的經(jīng)濟損失。因而在設計中加入了防雷保護電路。
天線部分
GPS授時信號通路和北斗授時信號通路的接收天線均使用高性能的陶瓷天 線，北斗衛(wèi)星接收天線的中心頻率為2491.75MHZ， GPS衛(wèi)星接收天線的中心頻 率為1575.42MHz，陶瓷天線體積小，可靠性好，效率高，技術成熟，穩(wěn)定性好。
如圖3所示的F二2492MHz的北斗衛(wèi)星天線的方向圖，其中幅度刻度3dB/Div; 3db寬度89. 7; 方向性系數(shù)5.9(dB); 前后比18.86(dB)。
如圖4所示的F^1575腿z的GPS衛(wèi)星天線的方向圖，其中
幅度刻度3dB/Div;
3dB寬度89. 4; 向性系數(shù):6.8(dB); 前后比15. ll(dB)。
另外，北斗/GPS授時型雙系統(tǒng)接收天線不僅適用于基于我國自主知識產(chǎn)權 的北斗一代衛(wèi)星導航系統(tǒng)的北斗一代授時接收機，也適用于基于美國GPS全球 衛(wèi)星導航系統(tǒng)的GPS授時接收機，還適用于雙接收系統(tǒng)的北斗/GPS接收機。
權利要求
1、一種北斗/GPS授時型雙系統(tǒng)接收天線，其特征在于該天線能同時接收GPS授時信號和北斗一代授時信號，它包括設置在同一接收系統(tǒng)中的北斗接收單元和GPS接收單元，所述北斗接收單元和GPS接收單元分別與同一個保護電路相連接。
2、 根據(jù)權利要求1所述的北斗/GPS授時型雙系統(tǒng)接收天線，其特征在于 所述的北斗接收單元為北斗天線接收北斗授時信號后，經(jīng)過北斗低噪聲放大 電路和北斗帶通濾波電路后，進入北斗混合電路。
3、 根據(jù)權利要求2所述的北斗/GPS授時型雙系統(tǒng)接收天線，其特征在于 在所述的北斗接收單元中，北斗帶通濾波電路前的北斗低噪聲放大電路包括兩 級放大電路北斗第一級低噪聲放大電路和北斗第二級低噪聲放大電路；北斗 帶通濾波電路后再與北斗第三級低噪聲放大電路相連接，北斗第三級低噪聲放 大電路與北斗/GPS混合電路相連接。
4、 根據(jù)權利要求1所述的北斗/GPS授時型雙系統(tǒng)接收天線，其特征在于所述的GPS接收單元為GPS天線接收GPS授時信號后，經(jīng)過GPS第一級低噪聲 放大電路和GPS帶通濾波電路后，與GPS第二級低噪聲放大電路相連接，GPS第 二級低噪聲放大電路與北斗/GPS混合電路相連接。
5、 根據(jù)權利要求2或4所述的北斗/GPS授時型雙系統(tǒng)接收天線，其特征在 于所述的北斗天線和所述的GPS天線都均為陶瓷天線。
6、 根據(jù)權利要求3或4所述的北斗/GPS授時型雙系統(tǒng)接收天線，其特征在 于所述北斗第一級低噪聲放大電路和所述GPS第一級低噪聲放大電路中的放 大器為低噪聲的場效應晶體管。
7、 根據(jù)權利要求2或3或4所述的北斗/GPS授時型雙系統(tǒng)接收天線，其特 征在于所述的北斗帶通濾波電路和所述的GPS帶通濾波電路都采用介質濾波 器。
8、 根據(jù)權利要求2或3或4所述的北斗/GPS授時型雙系統(tǒng)接收天線，其特 征在于所述的北斗/GPS混合電路為介質濾波器和LC電路的結合電路。
9、 根據(jù)權利要求1所述的北斗/GPS授時型雙系統(tǒng)接收天線，其特征在于 所述的保護電路為兩級防雷保護電路。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種北斗/GPS授時型雙系統(tǒng)接收天線，其特征在于該天線能同時接收GPS授時信號和北斗一代授時信號，它包括設置在同一接收系統(tǒng)中的的北斗接收單元和GPS接收單元，所述北斗接收單元和GPS接收單元分別與同一個保護電路相連接。采用上述技術的北斗/GPS授時型雙系統(tǒng)接收天線，不但能實現(xiàn)更加精確的授時，而且擺脫了對單一導航系統(tǒng)的依賴，實現(xiàn)了北斗授時和GPS授時的優(yōu)勢互補，提高系統(tǒng)得穩(wěn)定性。同時北斗天線和GPS天線的一體化設計，減小了天線的體積，使用更加方便。
文檔編號G01S5/02GK101424729SQ20071018988
公開日2009年5月6日 申請日期2007年10月31日 優(yōu)先權日2007年10月31日
發(fā)明者吳淑琴, 徐銀召, 楊玉清, 王文瑜, 賈小波 申請人:鄭州威科姆技術開發(fā)有限公司