北斗與gps兼容的高精度定位定向天線的制作方法
【專利摘要】一種北斗與GPS兼容的高精度定位定向天線，其特征在于：由用于防護(hù)的天線罩、穩(wěn)定相位中心的天線輻射體、具有抗多路徑干擾的背腔和用于放大信號的低噪聲放大器組成。采用四饋源饋點的低剖面層疊式結(jié)構(gòu)的微帶天線，實現(xiàn)了穩(wěn)定的，偏差較小的相位中心。采用了水平雙扼流槽結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)雙頻工作的高阻抗地面，提高抗多路徑干擾能力。既可以通過北斗B1或B3頻點實現(xiàn)高精度定位定向，也可以利用GPSL1頻點完成高精度定位定向，滿足各型北斗高精度定位定向用戶機(jī)需求。
【專利說明】北斗與GPS兼容的高精度定位定向天線

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及天線技術(shù),是一種包含北斗和GPS LI頻段在內(nèi)的高精度定位定向天線，可用于北斗差分基準(zhǔn)站、測地型北斗差分用戶機(jī)、車載型北斗定位定向儀、陣地型北斗定位定向儀等設(shè)備進(jìn)行高精度定位定向。
技術(shù)背景
[0002]近幾年，衛(wèi)星導(dǎo)航在國內(nèi)外得到了迅速的發(fā)展，我國的北斗、美國的GPS、俄羅斯的GL0NASS和歐洲的GALILEO等衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)都在突飛猛進(jìn)的升級和發(fā)展。目前，用于高精度定位定向的測量天線，大部分都使用和包含了 GPS的L1/L2和L5頻段，有的包含了俄羅斯的GL0NASS和歐洲的Galileo在內(nèi)的多個頻段。天線直徑一般200mm左右，甚至大到380mm。這種天線不僅要覆蓋多個頻段，而且要有1.0?2.0mm穩(wěn)定的相位中心，為了扼制多徑干擾造成的測量誤差，除要求天線具有低軸比、高前后比、大滾降系數(shù)等電參數(shù)外，還要具有扼制表面波的能力。
[0003]結(jié)合我國目前高精度定位定向天線的需求，需要將工作頻率，性能指標(biāo)，體積大小綜合考慮設(shè)計。需要設(shè)計只包含北斗B1、B3頻段且兼容GPS LI的高精度定位定向天線，以填補(bǔ)國內(nèi)空白，滿足用戶需求，為我國北斗導(dǎo)航定位系統(tǒng)的大規(guī)模推廣應(yīng)用提供基礎(chǔ)產(chǎn)品。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種相位中心穩(wěn)定且具有抗多路徑干擾能力的北斗與GPS兼容的北斗用戶機(jī)小型化天線，以解決北斗高精度定位定向用戶機(jī)的急需。
[0005]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:
一種北斗與GPS兼容的高精度定位定向天線，其特征在于:由用于防護(hù)的天線罩、穩(wěn)定相位中心的天線輻射體、具有抗多路徑干擾的背腔和用于放大信號的低噪聲放大器組成，天線輻射體安裝在背腔的頂端，天線罩安裝在天線輻射體的上面，低噪聲放大器安裝在背腔3的中部的空腔內(nèi)；在背腔的底端設(shè)有安裝裝置和射頻插頭，所述的低噪聲放大器的輸入端和輸出端分別用電纜與天線輻射體和射頻插頭連接。
[0006]所述的天線福射體包括上層異形微帶天線、下層準(zhǔn)方形微帶天線、饋電探針和饋電網(wǎng)絡(luò)，上層異形微帶天線、下層準(zhǔn)方形微帶天線和饋電網(wǎng)絡(luò)依次自上而下共軸層疊放置，采用四根饋電探針分別通過設(shè)在上層異形微帶天線的饋電連接孔、設(shè)在下層準(zhǔn)方形微帶天線上的耦合饋電孔和設(shè)在饋電網(wǎng)絡(luò)上的饋電端子依次順序連接；四個饋電端子、饋電連接孔和耦合饋電孔位置相對應(yīng)。
[0007]所述的上層異形微帶天線采用介電常數(shù)為2.6的聚四氟乙烯材料制成，其直徑為150mm，厚度為3mm，在該上層異形微帶天線的上面覆有邊長為54mm的金屬貼片，在該金屬貼片的每一邊上的相同位置開有兩個長9mm、寬3mm的矩形豁口，每一邊的兩個矩形豁口距該邊的中點的距離相等；所述的饋電連接孔的位置位于該金屬貼片的每一邊附近的中部。
[0008]所述的下層準(zhǔn)方形微帶天線采用介電常數(shù)為2.6的聚四氟乙烯材料制成，其直徑為150mm,厚度為5mm,在該下層準(zhǔn)方形微帶天線上覆有邊長為68.2mm的方形金屬貼片；所述的耦合饋電孔位于該金屬貼片每一邊附近的中部。
[0009]所述的背腔由上部和下部通過螺釘連接而成，在兩者的結(jié)合面上設(shè)有密封圈；該圓形的上部的軸向截面為H形，該下部的主體為與上部配合的圓盤狀，在該圓盤狀的外周面設(shè)有環(huán)形凹槽狀的扼流裝置，在該下部的中心設(shè)有所述的安裝裝置，該安裝裝置為向下凸出的內(nèi)螺紋管狀接口。
[0010]所述的該扼流裝置包括低頻扼流槽和高頻扼流槽，低頻扼流槽的深度LI約為北斗B3中心頻率波長的0.23倍，寬度hi為北斗B3中心頻率波長的0.02倍；高頻扼流槽的深度L2約為北斗BI中心頻率的0.23倍，寬度h2為北斗BI中心頻率波長的0.03倍。
[0011]本發(fā)明具有如下優(yōu)點:
1、既可以通過北斗BI或B3實現(xiàn)高精度定位定向，也可以利用GPS LI完成高精度定位定向，滿足各型北斗高精度定位定向用戶機(jī)急需。
[0012]2、采用四饋源饋點的低剖面層疊式結(jié)構(gòu)的微帶天線，實現(xiàn)了穩(wěn)定的，偏差較小的相位中心。
[0013]3、采用了雙扼流槽結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)雙頻工作的高阻抗地面，提高抗多路徑干擾能力。
[0014]4、本發(fā)明涉及的高精度定位定向天線直徑較目前國外主流的直徑為380mm的天線尺寸減小了近二分之一，其性能指標(biāo)優(yōu)良:相位中心離散度PCV小于1.0mm ;最大極化增益4?6dBic ;極化前后比26?30dB。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)剖視示意圖；
圖2是本發(fā)明的上層異形微帶天線的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3是本發(fā)明的下層準(zhǔn)方形微帶天線結(jié)構(gòu)示意圖；
圖4是本發(fā)明的饋電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意圖；
圖5是對本發(fā)明的實施方案實際測試的增益方向圖。

【具體實施方式】
[0016]以下結(jié)合說明書附圖和具體實施例進(jìn)一步說明本發(fā)明技術(shù)方案。
[0017]如圖1所示，本發(fā)明高精度定位定向天線實施例的結(jié)構(gòu)包括由用于防護(hù)的天線罩1、穩(wěn)定相位中心的天線輻射體2、具有抗多路徑干擾的背腔3和用于放大信號的低噪聲放大器29組成，天線輻射體2安裝在背腔3的頂端，天線罩I安裝在天線輻射體2的上面，低噪聲放大器29安裝在背腔3的中部的空腔內(nèi)。在背腔3的底端設(shè)有安裝裝置27和射頻插頭22。
[0018]所述的天線福射體2由上層異形微帶天線4、下層準(zhǔn)方形微帶天線6、饋電探針8和饋電網(wǎng)絡(luò)16組成，上層異形微帶天線4共軸同心放置在下層準(zhǔn)方形微帶天線6的上方，饋電網(wǎng)絡(luò)16共軸同心放置在下層準(zhǔn)方形微帶天線6的背面。四根饋電探針8分別通過設(shè)在上層異形微帶天線4的饋電連接孔31、設(shè)在下層準(zhǔn)方形微帶天線6上的四個耦合饋電孔12和設(shè)在饋電網(wǎng)絡(luò)16上的四個饋電端子36依次順序連接。四個饋電端子36、饋電連接孔31和耦合饋電孔12位置相對應(yīng)。四根饋電探針8的直徑均為0.9mm。
[0019]饋電網(wǎng)絡(luò)16上設(shè)有的四個饋電端子36依次為上層異形微帶天線4和下層準(zhǔn)方形微帶天線6提供幅度相等、相位270°、180°、90°和0°的饋電，實現(xiàn)覆蓋北斗B3、BI和GPS LI頻率,且穩(wěn)定相位中心的右旋圓極化天線。
[0020]將天線輻射體2通過上層異形微帶天線4上設(shè)有的安裝孔35、下層準(zhǔn)方形微帶天線6上設(shè)有的安裝孔41和饋電網(wǎng)絡(luò)16上設(shè)有的安裝孔40用螺釘17固定在背腔3的頂部。
[0021]所述的背腔3由上部32和下部33通過螺釘30連接而成，在兩者的結(jié)合面上設(shè)有密封圈34。該圓形的上部32的軸向截面為H形(上下各有凹腔)，該下部33的主體為與上部配合的圓盤狀，在該圓盤狀的外周面設(shè)有環(huán)形凹槽狀的扼流裝置25，在該下部33的中心設(shè)有所述的安裝裝置27，該安裝裝置27為向下凸出的內(nèi)螺紋管狀接口。
[0022]所述的該扼流裝置25包括低頻扼流槽23和高頻扼流槽24，低頻扼流槽23的深度LI約為北斗B3中心頻率波長的0.23倍，寬度hi為北斗B3中心頻率波長的0.02倍；高頻扼流槽24的深度L2約為北斗BI中心頻率的0.23倍，寬度h2為北斗BI中心頻率波長的
0.03倍。其目的是設(shè)計出對應(yīng)北斗B3、BI和GPS LI頻率的高阻抗地面，抑制該頻率的表面波，改善天線前后比，提高天線在定位定向時的路徑抗干擾能力。
[0023]如圖1所示，天線罩I通過內(nèi)螺紋與背腔3上部的外螺紋連接在一起，起到防護(hù)天線的作用。
[0024]如圖1所示的低噪聲放大器29安裝固定在背腔3的上部32下端的凹腔與下部33構(gòu)成的空腔內(nèi)，低噪聲放大器29的兩端分別設(shè)有射頻輸入端口 19和帶有直流饋電的射頻輸出端口 20，低噪聲放大器29通過饋電網(wǎng)絡(luò)16帶有的同軸電纜組件18和射頻輸入端口 19連接，低噪聲放大器29的射頻輸出端口 20通過同軸電纜21和射頻插頭22連接，射頻插頭22通過扼流裝置25上設(shè)有的孔28安裝固定?？紤]結(jié)構(gòu)件工程強(qiáng)度將安裝裝置27和扼流裝置25 —體加工。金屬結(jié)構(gòu)件3通過設(shè)有的安裝孔用沉頭螺釘30和扼流裝置25共軸固定在一起。
[0025]如圖2所示，是圖1所述的上層異形微帶天線4的正面示意圖。上層異形微帶天線4采用介電常數(shù)為2.65的聚四氟乙烯材料制成，其直徑為150mm，厚度為3mm，上層異形微帶天線4上覆有金屬貼片5、四個饋電連接孔31和4個安裝孔35，其中金屬貼片5上設(shè)有調(diào)試阻抗匹配的8個長為k = 9mm、n = 3mm的豁口 43 (每邊各兩個)。圖2中的尺寸w為54mm，m為10_，工作于北斗BI和GPS LI頻段。
[0026]如圖3所示，是圖1所述的下層準(zhǔn)方形微帶天線6的正面示意圖。下層準(zhǔn)方形微帶天線6采用介電常數(shù)為2.6的聚四氟乙烯材料制成，其直徑為150mm，厚度為5mm，下層準(zhǔn)方形微帶天線6上覆有金屬貼片7、四個耦合饋電孔12和四個安裝孔41，其中金屬貼片7的邊長尺寸為68.2mm,工作于北斗B3頻段。
[0027]如圖4所示，是圖1所述的饋電網(wǎng)絡(luò)16的正面示意圖。饋電網(wǎng)絡(luò)16是一個能提供幅度相等，相位分別為270°、180°、90°和0°的一分四功分器設(shè)計，在饋電時順序?qū)?yīng)四個饋電端子36。
[0028]如圖5所示，是本發(fā)明的實施方案實際測試的增益方向圖。從圖可以看出本發(fā)明涉及的北斗與GPS兼容的高精度定位定向天線具有較高的右旋圓極化增益和較好的極化前后比，滿足北斗系列高精度定位定向用戶機(jī)的需求。
【權(quán)利要求】
1.一種北斗與GPS兼容的高精度定位定向天線，其特征在于:由用于防護(hù)的天線罩1、穩(wěn)定相位中心的天線輻射體2、具有抗多路徑干擾的背腔3和用于放大信號的低噪聲放大器組成，天線輻射體2安裝在背腔3的頂端，天線罩I安裝在天線輻射體2的上面，低噪聲放大器安裝在背腔3的中部的空腔內(nèi)；在背腔3的底端設(shè)有安裝裝置27和射頻插頭22，所述的低噪聲放大器的輸入端和輸出端分別用電纜與天線輻射體2和射頻插頭22連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的北斗與GPS兼容的高精度定位定向天線，其特征在于:所述的天線輻射體2包括上層異形微帶天線4、下層準(zhǔn)方形微帶天線6、饋電探針8和饋電網(wǎng)絡(luò)16，上層異形微帶天線4、下層準(zhǔn)方形微帶天線6和饋電網(wǎng)絡(luò)16依次自上而下共軸層疊放置，采用四根饋電探針8分別通過設(shè)在上層異形微帶天線4的饋電連接孔31、設(shè)在下層準(zhǔn)方形微帶天線6上的耦合饋電孔12和設(shè)在饋電網(wǎng)絡(luò)16上的饋電端子36依次順序連接；四個饋電端子36、饋電連接孔31和耦合饋電孔12位置相對應(yīng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的北斗與GPS兼容的高精度定位定向天線，其特征在于:所述的上層異形微帶天線4采用介電常數(shù)為2.6的聚四氟乙烯材料制成，其直徑為150mm，厚度為3mm，在該上層異形微帶天線4的上面覆有邊長為54mm的金屬貼片5，在該金屬貼片5的每一邊上的相同位置開有兩個長9mm、寬3mm的矩形豁口 51，每一邊的兩個矩形豁口 51距該邊的中點的距離相等；所述的饋電連接孔31的位置位于該金屬貼片5的每一邊附近的中部。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的北斗與GPS兼容的高精度定位定向天線，其特征在于:所述的下層準(zhǔn)方形微帶天線6采用介電常數(shù)為2.6的聚四氟乙烯材料制成，其直徑為150mm，厚度為5_，在該下層準(zhǔn)方形微帶天線6上覆有邊長為68.2mm的方形金屬貼片7 ;所述的耦合饋電孔12位于該金屬貼片7每一邊附近的中部。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的北斗與GPS兼容的高精度定位定向天線，其特征在于:所述的背腔3由上部32和下部33通過螺釘30連接而成，在兩者的結(jié)合面上設(shè)有密封圈34 ;該圓形的上部32的軸向截面為H形，該下部33的主體為與上部配合的圓盤狀，在該圓盤狀的外周面設(shè)有環(huán)形凹槽狀的扼流裝置25，在該下部33的中心設(shè)有所述的安裝裝置27，該安裝裝置27為向下凸出的內(nèi)螺紋管狀接口。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的北斗與GPS兼容的高精度定位定向天線，其特征在于:所述的該扼流裝置25包括低頻扼流槽23和高頻扼流槽24，低頻扼流槽23的深度LI約為北斗B3中心頻率波長的0.23倍，寬度hi為北斗B3中心頻率波長的0.02倍；高頻扼流槽24的深度L2約為北斗BI中心頻率的0.23倍，寬度h2為北斗BI中心頻率波長的0.03倍。
【文檔編號】G01S19/01GK104409823SQ201410605921
【公開日】2015年3月11日 申請日期:2014年11月3日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月3日
【發(fā)明者】高宏, 任曦明, 時荔蕙, 王立兵, 趙玉軍, 黃朝暉, 賈永軍, 張品春, 尚勇強(qiáng), 張培團(tuán), 張亮 申請人:中國人民解放軍63961部隊, 廣州海格通信集團(tuán)股份有限公司