Gnss多頻衛(wèi)星導(dǎo)航天線的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種GNSS多頻衛(wèi)星導(dǎo)航天線，主要解決現(xiàn)有四臂螺旋天線工作頻帶窄、增益低的問(wèn)題。該天線包括包括錐臺(tái)、覆蓋在錐臺(tái)表面的柔性介質(zhì)、印制在柔性介質(zhì)表面的混合輻射臂、連接體和連接在錐臺(tái)底部的介質(zhì)板；所述介質(zhì)板下層為功分器，介質(zhì)板上層為金屬層構(gòu)成的輻射地板，輻射體通過(guò)第二連接體與功分器連接。本發(fā)明天線包括了GNSS的所有頻段（1.16～1.28GHz和1.55～1.61GHz），可以減少全球?qū)Ш叫l(wèi)星天線的天線數(shù)目，降低運(yùn)營(yíng)商采購(gòu)成本，同時(shí)本發(fā)明天線的增益在GNSS頻帶內(nèi)大于5.4dB，可以降低發(fā)射機(jī)的功率而仍然能保持同一方向同一距離處的信號(hào)強(qiáng)度，提高導(dǎo)航精度，降低水平面附近的噪聲干擾，提高運(yùn)營(yíng)效率。
【專利說(shuō)明】GNSS多頻衛(wèi)星導(dǎo)航天線
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于天線【技術(shù)領(lǐng)域】,特別涉及高增益GNSS (Global Navigation SatelliteSystem,全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng))天線，適用于中小型衛(wèi)星或者中小型工作平臺(tái)上高精度全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]衛(wèi)星導(dǎo)航是現(xiàn)今被廣泛應(yīng)用的導(dǎo)航方式，在軍事和民用領(lǐng)域都發(fā)揮著重要作用。目前各個(gè)國(guó)家或地區(qū)都在致力于研究有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。隨著各導(dǎo)航系統(tǒng)的發(fā)展，多系統(tǒng)并存、多模兼容的進(jìn)程進(jìn)一步加快，傳統(tǒng)的單一的系統(tǒng)時(shí)代(GPS系統(tǒng)時(shí)代)正在轉(zhuǎn)變?yōu)楦鱾€(gè)導(dǎo)航系統(tǒng)兼容并存的GNSS時(shí)代，在不久的將來(lái)，GPS、GLONASS, GALILEO和北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)將實(shí)現(xiàn)全球覆蓋，而這四大系統(tǒng)共同構(gòu)成了全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)，其工作頻率包括:GPS-LK L2、L5, GL0NASS-L1、L2, GALILE0-E1、E5a、E5b, C0MPASS-B1、B2、B3，主要分布在1.16?1.28GHz和1.55?1.6IGHz0所以，GNSS天線必須覆蓋這兩個(gè)頻段。
[0003]另一方面，隨著Galileo、Compass衛(wèi)星不斷地投入運(yùn)行，預(yù)計(jì)到2020年(屆時(shí)GL0NASS,Galileo,Compass實(shí)現(xiàn)全球覆蓋)在軌的全球?qū)Ш叫l(wèi)星多達(dá)119顆(含在軌的備用衛(wèi)星)。根據(jù)偽距單點(diǎn)定位原理——至少需要4顆衛(wèi)星才能實(shí)現(xiàn)單點(diǎn)定位——只需充分利用天頂附近的衛(wèi)星即可實(shí)現(xiàn)良好的定位性能。因此，GNSS天線的另一個(gè)發(fā)展趨勢(shì)是方向圖的截止角逐漸往天頂方向偏移，即是方向圖比起單一 GPS天線要窄，也意味著天線的增益提高。它帶來(lái)的另一個(gè)好處是在一定程度上避免了水平面附近的噪聲干擾。
[0004]對(duì)于導(dǎo)航系統(tǒng)，地面接收天線與衛(wèi)星之間的鏈路要求天線在頻帶內(nèi)具有良好的軸比性能和半球形方向圖。諧振式四臂螺旋天線因其損耗小、重量輕、具有半球形覆蓋性能和良好的圓極化性能而成為導(dǎo)航應(yīng)用的最佳選擇。然而傳統(tǒng)的諧振式四臂螺旋在諧振時(shí)帶寬只有5%?8%，顯然無(wú)法完全覆蓋GNSS的所有工作頻率。在過(guò)去的幾十年里，展寬四臂螺旋天線的帶寬或者使四臂螺旋工作在雙頻、多頻的技術(shù)方法相繼被提出。比如:將工作于不同頻率的兩副結(jié)構(gòu)類似的天線以嵌套的方式或者級(jí)聯(lián)方式共軸安裝使兩者組合為一個(gè)整體結(jié)構(gòu)；在螺旋臂適當(dāng)位置添加一個(gè)LC電路，使之再產(chǎn)生另外一個(gè)諧振點(diǎn)；采用多臂形式一這些方法都可以使四臂螺旋雙頻或多頻工作。而采用螺旋臂漸變的形式可以使四臂螺旋天線在L波段的帶寬展寬到14% ;采用圓錐結(jié)構(gòu)則可以到達(dá)18.5% ;采用折合螺旋臂可以使帶寬達(dá)到30%，然而它并不能覆蓋GPS-L5、Galileo-E5a頻段，而且增益較低，最大增益約3.2dB。所以亟需一種更有效的方法使四臂螺旋天線能夠覆蓋GNSS的所有頻點(diǎn)且在這些頻點(diǎn)上具有較高的增益。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有導(dǎo)航天線工作頻帶窄、增益低的問(wèn)題，提供一種雙臂漸變、高增益雙頻段圓錐四臂螺旋天線，可滿足GNSS高精度導(dǎo)航的需求。
[0006]本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的:[0007]—種GNSS多頻衛(wèi)星導(dǎo)航天線，包括錐臺(tái)、覆蓋在錐臺(tái)表面的柔性介質(zhì)、印制在柔性介質(zhì)表面的四個(gè)輻射體、第二連接體和連接在錐臺(tái)底部的介質(zhì)板；所述介質(zhì)板下層為功分器，介質(zhì)板上層為金屬層構(gòu)成的輻射地板，輻射體通過(guò)第二連接體與功分器連接。
[0008]所述輻射體由主臂、副臂、金屬貼片和第一連接體構(gòu)成，副臂通過(guò)第一連接體和主臂連接，主臂的輸入端沿錐臺(tái)表面設(shè)置有金屬貼片；所述第二連接體一端與第一連接體連接，另一端與功分器的輸出端焊接。
[0009]所述錐臺(tái)的錐角為25°~30°，錐臺(tái)的高度為中心頻率的0.35~0.40倍波長(zhǎng)。
[0010]所述主臂的臂寬是漸變的，其結(jié)構(gòu)由主臂方程決定，靠近錐臺(tái)下底面的臂寬w為10~15mm ;沿著錐臺(tái)往上，臂寬逐漸變細(xì)，臂寬分別為W、W1、w2、n, 2mm ^ W1 ^ 4mm,2mm < w2 < 3mm，且 w2 < W1,0.9 < n < 1.1 ；
[0011]主臂方程:
[0012]主臂下包絡(luò)線方程:
[0013]
【權(quán)利要求】
1.一種GNSS多頻衛(wèi)星導(dǎo)航天線，其特征在于:包括錐臺(tái)、覆蓋在錐臺(tái)表面的柔性介質(zhì)、印制在柔性介質(zhì)表面的四個(gè)輻射體、第二連接體和連接在錐臺(tái)底部的介質(zhì)板；所述介質(zhì)板下層為功分器，介質(zhì)板上層為金屬層構(gòu)成的輻射地板，輻射體通過(guò)第二連接體與功分器連接。
2.如權(quán)利要求1所述的GNSS多頻衛(wèi)星導(dǎo)航天線，其特征在于:所述輻射體由主臂、副臂、金屬貼片和第一連接體構(gòu)成，副臂通過(guò)第一連接體和主臂連接，主臂的輸入端沿錐臺(tái)表面設(shè)置有金屬貼片；所述第二連接體一端與第一連接體連接，另一端與功分器的輸出端焊接。
3.如權(quán)利要求1所述的GNSS多頻衛(wèi)星導(dǎo)航天線，其特征在于:所述錐臺(tái)的錐角為25°~30°，錐臺(tái)的高度為中心頻率的0.35~0.40倍波長(zhǎng)。
4.如權(quán)利要求1所述的GNSS多頻衛(wèi)星導(dǎo)航天線，其特征在于:所述主臂的臂寬是漸變的，其結(jié)構(gòu)由主臂方程決定，靠近錐臺(tái)下底面的臂寬w為10~15mm;沿著錐臺(tái)往上，臂寬逐漸變細(xì)，臂寬分別為 w、WpWyn, 2mm < W1 < 4mm, 2mm (塌 3mm,且 w2 ≤ W1,0.9 ≤ n ≤ 1.1。
5.如權(quán)利要求1所述的GNSS多頻衛(wèi)星導(dǎo)航天線，其特征在于:所述副臂的臂寬是漸變的，其結(jié)構(gòu)由副臂方程決定，臂寬由haM2、wg> W3> w4> w5> w6> n2決定,20mm ( ahr2m ( 30m,m0.5mm ≤ wg ≤ 2mm，2mm ≤ w3 ≤ 4mm，2mm ≤ w4 ≤ 3mm，14mm ≤ w5 ≤ 16mm，w6 = w+wg+w3,0.3 ≤ Ii1 ≤ 0.4。
6.如權(quán)利要求1所述的GNSS多頻衛(wèi)星導(dǎo)航天線，其特征在于:所述金屬貼片下邊緣緊貼錐臺(tái)的下底邊緣，金屬貼片左右兩邊與錐臺(tái)的軸線的夾角為20°~40°，高度為4~8mm ο
7.如權(quán)利要求1所述的GNSS多頻衛(wèi)星導(dǎo)航天線，其特征在于:所述錐臺(tái)由純聚四氟乙烯材料構(gòu)成，其上半部分空心，下半部分為實(shí)心，錐臺(tái)底部設(shè)置一個(gè)螺絲孔，錐臺(tái)的半錐角為0。
8.如權(quán)利要求1所述的GNSS多頻衛(wèi)星導(dǎo)航天線，其特征在于:所述介質(zhì)板采用聚四氟乙烯，厚度為1mm。
【文檔編號(hào)】H01Q1/38GK103490159SQ201310461101
【公開(kāi)日】2014年1月1日 申請(qǐng)日期:2013年9月29日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月29日
【發(fā)明者】雷娟, 寧佰權(quán), 陳曦, 樊芳芳, 傅光 申請(qǐng)人:西安電子科技大學(xué)