專利名稱：八角平板型陣列天線的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種全球衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)GNSS (GNSS是Global Navigation Satellite System的縮寫，表示全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng))用戶接收機天線，尤其涉及一種八角平板型陣列天線。
背景技術：
全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)(GNSS= global navigation satellite system)又稱天基 PNT(position、navigation、timing)系統(tǒng)。全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(GNSQ是以衛(wèi)星為基礎的無線電導航定位系統(tǒng)。具有全能性(海、陸、空、天)、全球性、全天候、連續(xù)性和實時性的導航、定位和定時的功能。衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)接收機天線相位中心穩(wěn)定性和抗多徑能力直接影響到接收機載波相位測量精度，進而影響接收機系統(tǒng)的測量精度和應用范圍?，F(xiàn)有技術中，常用的天線有微帶貼片天線，四臂螺旋天線和多臂平面螺旋縫天線等，現(xiàn)有天線在使用頻帶、相位中心穩(wěn)定性、抗多徑能力、圓極化增益的均衡性和良好的廣角圓極化特性等方面很難完全滿足GNSS兼容接收機對高精度載波相位測量的要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種八角平板型陣列天線，該天線具有寬的工作頻帶、穩(wěn)定的輻射相心和良好的圓極化特性，能較好地抑制周圍的反射和散射，結構輕巧、集成度高、 安裝方便。本發(fā)明的目的是通過以下技術方案實現(xiàn)的本發(fā)明的八角平板型陣列天線，包括接地板，所述接地板內(nèi)設有接地板腔，所述接地板腔內(nèi)設有圓極化四點饋電網(wǎng)絡，所述接地板上設有中心輻射單元組件；所述中心輻射單元組件包括加載頂板，所述加載頂板下設有四個頂加載的扇面短振子，所述短振子底部的同軸饋電端的內(nèi)導體與所述饋電網(wǎng)絡的相應饋電點連接；所述接地板上設有兩組中心對稱的耦合寄生單元，其中第一組布置在所述中心輻射單元組件外周，第二組布置在所述中心輻射單元組件的加載頂板的下面。由上述本發(fā)明提供的技術方案可以看出，本發(fā)明提供的八角平板型陣列天線，由于圓極化四點饋電網(wǎng)絡設于接地板腔內(nèi)，中心輻射單元組件包括加載頂板，加載頂板下設有四個頂加載的扇面短振子，短振子底部的同軸饋電端的內(nèi)導體與所述饋電網(wǎng)絡的相應饋電點連接；接地板上設有兩組中心對稱的耦合寄生單元，其中第一組布置在所述中心輻射單元組件外周，第二組布置在所述中心輻射單元組件的加載頂板的下面。具有良好的中心對稱性，利用中心輻射單元組件與耦合板的相互作用不僅有利于輻射相心穩(wěn)定，能較好地抑制周圍的反射和散射，達到好的抗多徑性能，使天線具有更寬的工作頻帶，更寬的覆蓋波束，結構更輕巧、更緊湊，更方便安裝。


3
圖1為本發(fā)明實施例提供的八角平板型陣列天線的平面結構示意圖；圖2為圖1的A-A向剖視圖；圖3為本發(fā)明的實施例中的中心輻射單元組件的底面示意圖；圖4為本發(fā)明的實施例中的中心輻射單元組件的立面示意圖；圖5a、圖恥為本發(fā)明的實施例中天線的外形結構示意圖；圖6為本發(fā)明的實施例中斜形耦合板的外形結構示意圖。圖中1、接地板，2、第一組寄生耦合單元，3、第二組寄生耦合單元，4、加載頂板，5、 扇面短振子，6、組裝螺桿，7、同軸饋電端。
具體實施例方式下面將結合附圖對本發(fā)明實施例作進一步地詳細描述。本發(fā)明的八角平板型陣列天線，其較佳的具體實施方式
如圖1、圖2所示包括接地板，所述接地板內(nèi)設有接地板腔，所述接地板腔內(nèi)設有圓極化四點饋電網(wǎng)絡，所述接地板上設有中心輻射單元組件；如圖3、圖4所示，所述中心輻射單元組件包括加載頂板，所述加載頂板下設有四個頂加載的扇面短振子，所述短振子底部的同軸饋電端的內(nèi)導體與所述饋電網(wǎng)絡的相應饋電點連接；所述接地板上設有兩組中心對稱的耦合寄生單元，其中第一組布置在所述中心輻射單元組件外周，第二組布置在所述中心輻射單元組件的加載頂板的下面。所述短振子呈扇形角片狀，所述加載頂板為切角八邊形平板，所述切角八邊形由兩個正方形相對旋轉(zhuǎn)45°后切角形成。所述短振子底部的同軸饋電端的的底電容與所述短振子的電抗平衡，實現(xiàn)電小尺寸天線的寬帶特性。所述第一組寄生耦合單元包括12個等間距沿徑向布置的斜形耦合板；所述第二組寄生耦合單元包括4個矩形耦合片，4個矩形耦合片與四短個振子相互間隔均勻布置。形成低高度近平板型天線，有利輻射相位中心的穩(wěn)定。具體實施例中，所述斜形耦合板的內(nèi)側(cè)邊與所述接地板的上表面成45°夾角，外側(cè)邊與所述接地板的上表面成40. 6°夾角所述接地板腔的內(nèi)高度小于或等于4mm、直徑小于或等于180mm，所述饋電網(wǎng)絡全部封閉安裝于所述接地板腔內(nèi)。所述天線輻射單元組件的中心縱向設有組裝螺桿，所述組裝螺桿從所述加載頂板貫穿至所述接地板腔的下底面，并用螺母鎖緊，以增強該天線的結構剛度和強度。該天線設有天線罩，所述天線罩通過底部法蘭與所述接地板周邊的法蘭連接。所述天線罩為透波天線罩，由復合材料構成。所述接地板腔的底部設有幾何中心孔，并在標有天線的相位中心位置，該天線通過接地板中孔或接地板法蘭的均布螺孔與載體相連。具體實施例主要包括以下五部分中心輻射單元組件、中心對稱且等間距排布的兩組徑向寄生耦合板、接地板及接地板腔、圓極化四點饋電網(wǎng)絡、天線罩。天線安裝在直徑不超過200mm的接地板腔上，中心輻射單元組件高30mm，是天線
輻射主體。接地板腔是一個帶外法蘭的圓腔，整個饋電網(wǎng)絡封閉安裝在接地板腔內(nèi)。在接地板腔上還均布有兩組寄生耦合板。一組排列在中心輻射單元組件外周，由12個等間距沿徑向排布的耦合板組成；另一組排布于中心輻射單元組件頂板下面，與四個振子周向呈45° 角排布。天線罩由電磁透波材料熱壓成形，與天線接地板腔外法蘭連接。整個天線密封于天線罩內(nèi)。天線可以工作于無源和有源兩種狀態(tài)。無源狀態(tài)下，天線僅一個RF插座在接地板腔下底邊緣(或中心)伸出，與接收機相連。有源狀態(tài)下，在接地板腔底部可安置接收機的 LNA和濾波器等射頻前端部件。下面對具體實施例進行詳細的描述如圖5a、圖恥所示，是天線的外結構，具體實施例中天線外徑Φ ( 200mm，高度 (60mm (含天線罩和RF插座尺寸)。整個天線密封于天線罩內(nèi)，天線罩采用電磁透波材料， 罩形為圓錐臺，壁厚<0. 5mm，帶有3mm厚的外法蘭。這種結構質(zhì)輕、透波、具有足夠的剛度。 具體實施例中天線罩可以采用石英復合材料，這種材料較貴，如果僅地面應用可換用成本較低的玻璃鋼材料。再參見圖1和圖2，是去掉天線罩的天線外形結構，中心為天線的中心輻射單元組件，它由八角頂加載平版，4個兩兩正交的扇面展寬短振子和在底部的4個同軸饋電座組成 (中心輻射單元組件的詳細視圖參見圖3-圖4)。圍繞中心輻射單元組件有兩組寄生耦合單元(無源耦合)。一組排列在中心輻射單元組件外周，由12個等間距沿徑向排布的耦合板組成；另一組排布于中心輻射單元組件頂板下面，與四個振子周向呈45°角排布。采用焊接工藝成形，盡量減少焊接引起的變形，務必保證形位公差。在天線中心由頂至下接地板間貫穿了一根金屬組裝螺桿。在接地板腔上分布了防耦合緊固螺釘。接地板腔內(nèi)直徑173mm。內(nèi)腔高4mm，正好將饋電網(wǎng)絡置于其中。腔外法蘭與天線罩和載體相連。底腔上有8個安裝隔離導電塊的螺孔和與接收機相連的SMA(F)的法蘭安裝孔。把介質(zhì)三板線網(wǎng)絡置于接地板底腔后，加蓋上接地板。接地板腔上的緊固螺釘包括安裝到隔離導電塊的螺孔可以隔離帶線間耦合和抑制平板波模改善網(wǎng)絡饋電性能，這些緊固螺孔，都在上接地板組裝后配打。兩組寄生耦合單元包括第一組寄生耦合單元由中心輻射單元外12個均布的徑向寄生耦合片(斜形耦合板)組成。如圖6所示，具體實施例中斜形耦合板的內(nèi)側(cè)邊與水平面成45°夾角，外側(cè)邊與水平面成40. 6°夾角，夾角可以根據(jù)需要調(diào)節(jié)；第二組寄生耦合片單元由4個矩形耦合片構成，排布于中心輻射單元組件頂板下面，與四個振子周向呈45°角排布。具體實施例的天線的基本技術特性1)本發(fā)明天線由接地板腔上四個彼此正交的頂加載短振子構成中心輻射單元組件。四個短振子呈扇形角片狀，扇面展寬角使其振子高不超過λ/8，振子上端寬50mm。加載頂板呈切角八邊形平板，是由兩個邊長為65mm的方板旋轉(zhuǎn)45°切角形成。
2)四個短振子的饋電底座為同軸型。短振子底部內(nèi)導體延伸長度正好保證與網(wǎng)絡饋電線的相應饋電點連接。其外導體為上接地板對應的4個開孔，內(nèi)、外導體間填充有 Teflon微波介質(zhì)。同軸內(nèi)、外導體尺寸除按特征阻抗為50Ω設計外，還需調(diào)整振子饋電端底電容，使其與短振子的電抗平衡，實現(xiàn)電小天線饋電的寬帶匹配特性，保證對多個導航衛(wèi)星星座信號的正常接收。3)圍繞中心輻射單元組件是兩組中心對稱的寄生耦合單元。一組排列在中心輻射單元組件外周，由12個等間距沿徑向排布的耦合板組成，每個耦合板呈斜梯形；另一組耦合板由4個矩形板構成，排布于中心輻射單元組件頂板下面，與四個振子周向呈45°角排布。通過調(diào)整寄生耦合板的幾何位置和尺寸，可使中心輻射單元組件與耦合板的相互作用盡量降低輻射相位中心，有利于輻射相心穩(wěn)定。這種中心對稱、低高度、平板型結構的顯著特征是具有穩(wěn)定的輻射相心，設計相心離散度可小于Imm ；4)把接地板做成了一個內(nèi)高度4mm、直徑不超過Φ 180mm的接地板圓腔。饋電網(wǎng)絡全部封閉安裝于此腔內(nèi)。接地板上的4個振子，通過其內(nèi)導體探針穿過上接地板上的4 個金屬化過孔與其對應的4個帶線端(上介質(zhì)板接天線的4端口)連接；饋電網(wǎng)絡另一端與接收機相連，通過金屬化過孔與安裝在下接地板上的RF插座內(nèi)芯相連。該插座可以從底板中心或側(cè)邊伸出，RF插座采用SMA/TNC(F)形式。這種組裝結構除緊湊性、整體性、易集成外，還有良好的電磁兼容(EMC)性；5)具有完全中心對稱的結構特征，利用中心輻射單元組件與耦合板的相互作用不僅有利于輻射相心穩(wěn)定。更重要的是提高了方向圖的滾降和前后比特性，能較好地抑制周圍的反射和散射，達到好的抗多徑性能。與使用Choke環(huán)的天線相比，本天線具有更寬的工作頻帶，更寬的覆蓋波束，結構更輕巧、更緊湊，更方便安裝。6)天線除天線罩和封閉安裝于接地板腔內(nèi)的介質(zhì)板線饋電網(wǎng)絡，其余部分均為全金屬結構，可采用整體成形無一焊縫。有好的剛度、強度和空間環(huán)境適應性。7)利用天線的中心對稱性，在天線輻射單元組件中心加裝了組裝螺桿，從頂板直插至接地板腔的下底面，用螺母鎖緊。這不影響天線輻射性能(為電流節(jié)點)，卻大大地提高了天線結構的剛度和強度，特別適合于高速移動載體應用；8)由復合材料構成的透波天線罩呈圓錐臺狀，通過底部法蘭與天線接地板腔法蘭螺連。該罩子保護天線本體，避免與外界的直接接觸，增加了天線抗碰撞、抗振動、抗沖擊的能力。通過密封墊圈還隔離了雨淋、沙塵、濕氣、鹽堿等，符合GJB150的有關規(guī)定。與已有的同類天線技術性能比較，本發(fā)明具體實施例的天線的技術優(yōu)點如下1)天線為低高度平板型結構，并采用多個中心對稱寄生耦合板，使其具有十分穩(wěn)定的輻射相位中心。其設計相心離散度小于1mm，滿足高精度載波相位測量型接收機天線的技術要求；本發(fā)明天線有良好的平裝特性，可廣泛應用于航天器、飛機和船艦等運動載體上；2)天線具有寬頻帶特性，適合與GNSS兼容接收機配套使用。微帶貼片天線和四臂螺旋天線是普通常用的GPS接收機天線。由于它們均屬諧振型天線，多工作于Ll單頻或Ll 和L2雙頻。天線采用了展寬頻帶設計使電小天線實現(xiàn)了寬帶特性?？山邮誈PS、GL0NASS、 GALILEO和BD-2等多個導航衛(wèi)星星座信號。在1. IGHz-L 7GHz帶內(nèi)，VSWR小于2:1;3)天線的顯著特點是中心對稱結構。四點圓極化饋電使其方向圖具有良好的圓
6對稱性和良好的廣角圓極化特性。在士70°的工作角域內(nèi)，達到了 ARS 2dB，圓不對稱性 (士 IdB設計性能；4)本發(fā)明天線利用多個中心對稱寄生耦合單元降低了天線輻射相位中心，實現(xiàn)了方向圖的高滾降、高前后比和良好的廣角圓極化特性，大大抑制了多徑效應，與使用Ckoke 環(huán)的效果相當。但在頻帶展寬、結構輕小、緊湊方面優(yōu)于Choke環(huán)結構，更方便安裝；5)天線利用了天線結構的完全中心對稱性，在天線輻射單元組件中心(為電流節(jié)點)加裝了一根金屬組裝螺桿，從頂板中心直插至接地板腔的下底面，用螺母鎖緊。這不會影響天線輻射性能，而且大大地提高了天線結構的剛度和強度，特別有利于空間飛行器用戶接收機天線的應用；可以全球衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)GNSS的用戶接收機天線。以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實施方式
，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此， 任何熟悉本技術領域的技術人員在本發(fā)明披露的技術范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換， 都應涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護范圍應該以權利要求書的保護范圍為準。
權利要求
1.一種八角平板型陣列天線，其特征在于，包括接地板，所述接地板內(nèi)設有接地板腔， 所述接地板腔內(nèi)設有圓極化四點饋電網(wǎng)絡，所述接地板上設有中心輻射單元組件；所述中心輻射單元組件包括加載頂板，所述加載頂板下設有四個頂加載的扇面短振子，所述短振子底部的同軸饋電端的內(nèi)導體與所述饋電網(wǎng)絡的相應饋電點連接；所述接地板上設有兩組中心對稱的耦合寄生單元，其中第一組布置在所述中心輻射單元組件外周，第二組布置在所述中心輻射單元組件的加載頂板的下面。
2.根據(jù)權利要求1所述的八角平板型陣列天線，其特征在于，所述短振子呈扇形角片狀，所述加載頂板為切角八邊形平板，所述切角八邊形由兩個正方形相對旋轉(zhuǎn)45°后切角形成。
3.根據(jù)權利要求2所述的八角平板型陣列天線，其特征在于，所述短振子底部的同軸饋電端的的底電容與所述短振子的電抗平衡。
4.根據(jù)權利要求3所述的八角平板型陣列天線，其特征在于，所述第一組寄生耦合單元包括12個等間距沿徑向布置的斜形耦合板；所述第二組寄生耦合單元包括4個矩形耦合片，4個矩形耦合片與四短個振子相互呈 45°間隔均勻布置。
5.根據(jù)權利要求4所述的八角平板型陣列天線，其特征在于，所述斜形耦合板的內(nèi)側(cè)邊與所述接地板的上表面成45°夾角，外側(cè)邊與所述接地板的上表面成40. 6°夾角。
6.根據(jù)權利要求1所述的八角平板型陣列天線，其特征在于，所述接地板腔的內(nèi)高度小于或等于4mm、直徑小于或等于180mm，所述饋電網(wǎng)絡全部封閉安裝于所述接地板腔內(nèi)。
7.根據(jù)權利要求6所述的八角平板型陣列天線，其特征在于，所述天線輻射單元組件的中心縱向設有組裝螺桿，所述組裝螺桿從所述加載頂板貫穿至所述接地板腔的下底面， 并用螺母鎖緊。
8.根據(jù)權利要求1至6任一項所述的八角平板型陣列天線，其特征在于，該天線設有天線罩，所述天線罩通過底部法蘭與所述接地板周邊的法蘭連接。
9.根據(jù)權利要求8所述的八角平板型陣列天線，其特征在于，所述天線罩為透波天線罩，由復合材料構成。
10.根據(jù)權利要求9所述的八角平板型陣列天線，其特征在于，所述接地板腔的底部設有幾何中心孔，并在標有天線的相位中心位置，該天線通過接地板中孔或接地板法蘭的均布螺孔與載體相連。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種八角平板型陣列天線，包括接地板、圓極化四點饋電網(wǎng)絡，接地板上設有中心輻射單元組件、沿徑向等間距排布的兩組耦合板，可以接收由多個導航定位衛(wèi)星星座發(fā)射的信號，滿足高精度載波相位測量要求?？蔀楹?、陸、空、天各用戶提供GNSS載波相位測量用高精度接收機天線，還可推廣應用于有穩(wěn)定輻射相位中心、具有圓極化、半球波束覆蓋要求的無線電發(fā)射和接收系統(tǒng)。具有穩(wěn)定的輻射相心，輻射方向圖圓對稱、高滾降、高前后比，良好的廣角圓極化特性，具有良好的抗多徑和寬帶工作能力，是一種新型的GNSS高精度載波相位測量型用戶兼容接收機天線。
文檔編號H01Q1/36GK102437408SQ20111024977
公開日2012年5月2日 申請日期2011年8月26日 優(yōu)先權日2011年8月26日
發(fā)明者葉云裳, 姜新發(fā), 李光成, 苑九功, 那成亮, 鐘睿, 黃夔夔 申請人:北京華力創(chuàng)通科技股份有限公司