一種北斗衛(wèi)星導(dǎo)航天線的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種北斗衛(wèi)星導(dǎo)航天線。包括功分器與電源單元、抗干擾單元、射頻單元、天線罩，抗干擾單元固定在射頻單元內(nèi)，分器與電源單元和天線罩分別與射頻單元固定在一起。本實用新型的有益效果是：本實用新型可更有效地對衛(wèi)星導(dǎo)航天線進行結(jié)構(gòu)設(shè)計，使天線具有體積小、結(jié)構(gòu)布局合理、簡單緊湊，電磁屏蔽好，三防設(shè)計和散熱設(shè)計性能優(yōu)異等特點，避免了不必要的試驗經(jīng)費和周期。
【專利說明】—種北斗衛(wèi)星導(dǎo)航天線
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種北斗衛(wèi)星導(dǎo)航天線的結(jié)構(gòu)。
技術(shù)背景
[0002]北斗導(dǎo)航系統(tǒng)是我國自行研制的采用雙星進行有源定位的系統(tǒng)，它可以全天時提供區(qū)域衛(wèi)星導(dǎo)航信息，極大的提高我國國防應(yīng)急能力，并且可廣泛應(yīng)用于船舶運輸、公路交通、環(huán)境監(jiān)測等眾多行業(yè)，具有極其重要的地位和作用。
[0003]北斗導(dǎo)航系統(tǒng)目前還屬于起步階段，導(dǎo)航天線設(shè)計正在蓬勃發(fā)展，天線的結(jié)構(gòu)設(shè)計存在小型化、電磁兼容性及散熱的等難點。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本實用新型提供了一種北斗衛(wèi)星導(dǎo)航天線的結(jié)構(gòu)設(shè)計方案，包括天線的布局、材料選擇、三防設(shè)計、電磁兼容性以及散熱設(shè)計等等。
[0005]本實用新型為實現(xiàn)上述目的，所采用的技術(shù)方案是:一種北斗衛(wèi)星導(dǎo)航天線，其特征在于:包括功分器與電源單元、抗干擾單元、射頻單元、天線罩，所述抗干擾單元固定在射頻單元內(nèi)，所述分器與電源單元和天線罩分別與射頻單元固定在一起。
[0006]本實用新型的有益效果是:本實用新型可更有效地對衛(wèi)星導(dǎo)航天線進行結(jié)構(gòu)設(shè)計，使天線具有體積小、結(jié)構(gòu)布局合理、簡單緊湊，電磁屏蔽好，三防設(shè)計和散熱設(shè)計性能優(yōu)異等特點，避免了不必要的試驗經(jīng)費和周期。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0007]圖1為本實用新型的外形結(jié)構(gòu)圖；
[0008]圖2為本實用新型的結(jié)構(gòu)分解示意圖；
[0009]圖3為本實用新型功分器與電源單元的分解示意圖；
[0010]圖4為本實用新型功分器單元蓋板的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0011]圖5為本實用新型抗干擾單元的的分解示意圖；
[0012]圖6為本實用新型射頻單元的分解示意圖；
[0013]圖7為本實用新型裝有陣子的天線反射板的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0014]圖8為本實用新型天線罩的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0015]圖9為本實用新型的熱分析圖表。
【具體實施方式】
[0016]如圖1、2所示，一種北斗衛(wèi)星導(dǎo)航天線，包括功分器與電源單元1、抗干擾單元2、射頻單元3、天線罩4，首先將抗干擾單元2與射頻單元3通過4個螺釘連接在一起，然后將天線罩4與射頻單元3通過螺釘連接在一起，保證接觸可靠，螺紋連接時涂一定量的螺紋緊固膠。最后再將功分器與電源單元通過12個M2的螺釘與射頻單元3連接在一起。[0017]如圖3、4所示，功分器與電源單元I包括功分器與電源單元盒體1-1、功分器單元蓋板1-2、接插件1-3 ;功分器單元蓋板1-2的一端面邊緣設(shè)有突起結(jié)構(gòu)。，數(shù)個接插件1-3分別通過螺釘固定在功分器與電源單元盒體1-1的一端面上，功分器單元蓋板1-2通過螺釘固定在功分器與電源單元盒體1-1的另一端面上。
[0018]如圖5所示，抗干擾單元2包括抗干擾單元盒體2-1、抗干擾單元蓋板2-2，抗干擾單元蓋板2-2通過螺釘固定在抗干擾單元盒體2-1上。
[0019]如圖6、7所示,射頻單元3包括射頻單元盒體3-1、射頻單元蓋板3_2、射頻通道蓋板3-3、北斗陣子3-4、GPS陣子3-5、天線反射板3_6，天線反射板3_6的一端面安裝4個北斗陣子3-4和I個GPS陣子3-5，天線反射板3-6的另一端面與4個射頻通道蓋板3_3共同固定在射頻單元盒體3-1的一端，射頻單元蓋板3-2與射頻單元盒體3-1的另一端通過螺釘相固定，4個北斗陣子3-4和I個GPS陣子3-5的插頭與射頻盒內(nèi)的插座連接，陣子的安裝面與天線反射板接觸，便于安裝固定和形成良好的接地。射頻單元盒體兩面開槽，分別將頻綜和射頻單元進行封閉安裝，形成獨立腔體。
[0020]1.總體設(shè)計:
[0021]天線結(jié)構(gòu)設(shè)計目的是把幾個單元合理的整合在一起，做到結(jié)構(gòu)簡單緊湊、電磁屏蔽良好和滿足三防要求。本天線的外形尺寸總體要求為134mmX 134mmX60mm (不包括天線罩)，在此空間內(nèi)根據(jù)各個單元電路板及電纜情況進行綜合設(shè)計，確保各個單元的分布合理。
[0022]2.材料的選擇:
[0023]由于本天線要求體積小、重量輕、具有抗一定腐蝕的能力，所以設(shè)計多采用高強度變形鋁，優(yōu)先選用5A02、5A06、2A12和7075等在航空航天廣泛使用的鋁合金，它們具有密度小、強度高、價格適中、采購方便的特點，適宜大批量使用。
[0024]鋁合金表面均采用化學(xué)導(dǎo)電氧化處理，保證整體結(jié)構(gòu)件安裝牢靠并具有一定的導(dǎo)電性能。內(nèi)部緊固件均選用不銹鋼材料，電路板均進行浸漆處理，在天線安裝面裝有密封膠條，這些措施可以保證天線的三防能力。
[0025]3.小型化設(shè)計:
[0026]本天線小型化設(shè)計，首先將4個北斗陣子3-4和I個GPS陣子3_5安裝在天線反射板3-6的一端面，務(wù)必做到最小的安裝面積，此面積決定了整個天線的長和寬。然后，將天線反射板3-6固定到射頻單元盒體3-1上。
[0027]射頻單元盒體3-1再分別通過螺釘與功分器與電源單元1、抗干擾單元2、天線罩4相固定。功分器與電源單元I和抗干擾單元2在深度上僅保證安裝內(nèi)部電路板的尺寸，并留有較小的間隙。天線罩4深度上僅保證不與陣子干涉即可。在各個單元內(nèi)部設(shè)計時，除保證電磁兼容留有的各個隔離“腔室”外，盡量將內(nèi)部空間做到最小。
[0028]4.天線罩的設(shè)計:
[0029]如圖8所示，天線罩是用來保護天線免受外界影響的透波殼，本天線最初設(shè)計采用ABS材料，但在使用過程中，容易變形。隨后天線罩采用玻璃鋼纖維增強復(fù)合材料，它具有很高的比強度，可耐普通酸堿鹽，在強烈的紫外線輻射下，低溫_55°C和高溫85°C環(huán)境下，不退色、不龜裂和起泡。并且透波性能較好，在溫度60°C、濕度95%時，透波率大于90%(I?2GHz)。實物經(jīng)過測試使用，效果良好。[0030]5.電磁屏蔽的設(shè)計:
[0031]電磁屏蔽在天線的設(shè)計中，占有很重要的地位，射頻電路尤其容易受到外界的電磁干擾。電磁干擾不僅影響電子設(shè)備的正常工作，甚至造成某些元器件的損害，因此對天線的電磁兼容技術(shù)要給予充分重視。
[0032]電磁干擾形成的三個必備條件，即電磁干擾源、電磁干擾傳播途徑和易接受電磁干擾的敏感電路和器件。電磁兼容三要素在射頻接收機系統(tǒng)中表現(xiàn)為導(dǎo)體及無線電輻射源、傳輸介質(zhì)、接收式敏感單元，對于射頻接收機系統(tǒng)的電磁兼容設(shè)計，可以基于這樣考慮，通常采用的方法是濾波、屏蔽和隔離。
[0033]5.1本天線電路設(shè)計的采取的主要方法有:
[0034]a.電源濾波:
[0035]采用濾波器來消除電源產(chǎn)生的波紋電壓對信號的干擾。
[0036]b.接地:
[0037]電路板底面采用大面積接地方法，來消除寄生振蕩的影響。
[0038]c.PCB 布線:
[0039]布線時按照信號傳輸方向直線排布，減小輸入輸出之間的I禹合干擾。
[0040]d.高密度安裝:
[0041]在避免不同頻率之間耦合的條件下，采用模塊化分立型集成電路，縮短電氣網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)線，可以減小電路各種寄生參數(shù)對性能的影響。
[0042]5.2結(jié)構(gòu)設(shè)計中采取的主要方法:
[0043]a.獨立劃分:
[0044]不同功能的電路劃分不同的腔室，分別形成獨立的屏蔽空間，防止串擾。
[0045]b.串擾格擋:
[0046]對于電路中的大功率干擾源，在獨立的腔室內(nèi)，再起“高墻”，對腔室內(nèi)部進行隔離，減小信號的串擾。如圖3所示，天線的頻綜單元和抗干擾單元腔體內(nèi)部設(shè)計有“隔離
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[0047]c.螺釘間距設(shè)計:
[0048]在結(jié)構(gòu)設(shè)計中，螺釘間距一般小于15d (d為螺釘公稱直徑)，本天線結(jié)構(gòu)使用的最大螺釘為M2.5，即最大間距不會超過37.5mm,螺釘?shù)拈g距均滿足安裝強度要求。但是，螺釘間距不僅關(guān)系著安裝強度，還影響著電磁的屏蔽效果，螺釘越密，屏蔽效果自熱越好，但螺釘過密必然帶來裝配的麻煩，增加裝配工作量。
[0049]按照一般要求，保證良好的電磁兼容性能，箱體縫隙的最大線性尺寸應(yīng)小于λ/10?λ/100。本天線螺釘?shù)拈g距設(shè)計，采用上述理論，在實際設(shè)計中取螺釘?shù)拈g距為小于λ/10，根據(jù)不同信號的頻率設(shè)計不同的螺釘間距，例如如果屏蔽小于I GHZ的干擾，根據(jù)式:
[0050]V——光速；λ——波長；f——頻率。
[0051]經(jīng)計算，λ約等于300mm，所以螺釘?shù)拈g距最大距離為300/10=30mm。
[0052]d.深縫隙結(jié)構(gòu)設(shè)計:
[0053]本天線的各個功能單元均“密閉”在各自的腔體中，通過蓋板密封，蓋板不可避免的產(chǎn)生縫隙，本天線降低電磁干擾的方法還多采用深縫隙結(jié)構(gòu)。在本天線的結(jié)構(gòu)設(shè)計中，諸多單元的蓋板均采用了深縫隙結(jié)構(gòu)設(shè)計，例如射頻通道蓋板和功分器單元蓋板，在蓋板邊緣設(shè)計有一圈凸起，如圖6所示為功分器蓋板的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0054]e.應(yīng)用導(dǎo)電橡膠墊:
[0055]在面板開孔部位安裝時，增加導(dǎo)電橡膠墊，可以使屏蔽體的局部電流連續(xù)，大大增加了電磁屏蔽效果，同時還起到環(huán)境密封的作用。
[0056]f.穿心電容與屏蔽腔的使用:
[0057]天線面板及其它結(jié)構(gòu)件開孔安裝時，為防止電磁泄露，可在元件后安裝屏蔽罩。各個獨立腔室引入電源時，可用穿心電容濾波實現(xiàn)電磁屏蔽。本天線采用了穿心電容進行濾波和屏蔽。
[0058]6.散熱設(shè)計:
[0059]由于電路中有許多大功率的“芯片”，這些芯片工作時溫度較高，在結(jié)構(gòu)設(shè)計時需要對發(fā)熱器件進行散熱設(shè)計，保證器件的正常工作。本天線對所有發(fā)熱過大的器件增加了散熱板，下面以抗干擾單元的電源模塊(功率5W)散熱設(shè)計為例，進行介紹。
[0060]我們使用的設(shè)計和分析軟件是SolidWorks，首先建立“發(fā)熱芯片”和散熱板的三維模型，然后在裝配體中進行熱分析。在本設(shè)計分析中，散熱板即為圖7中的抗干擾單元蓋板，在發(fā)熱模塊與“散熱板”之間夾有一層厚度約0.5mm的導(dǎo)熱膠。
[0061]熱分析的條件是 :
[0062]發(fā)熱芯片封裝為陶瓷，導(dǎo)熱系數(shù)為L5W/(m.K)；
[0063]散熱板為鋁合金5A02,導(dǎo)熱系數(shù)137W/(m.K);
[0064]芯片與散熱板之間有0.5mm厚的導(dǎo)熱硅橡膠的傳熱系數(shù)為6000W/〔m: K)；
[0065]發(fā)熱芯片發(fā)熱量為5W，空氣的對流系數(shù)為SW/(m2 - K);
[0066]裝配體采用全局接觸，導(dǎo)熱硅膠設(shè)計為熱阻模態(tài)，環(huán)境溫度為298K。
[0067]通過軟件進行熱分析，結(jié)果見圖9。從結(jié)果的點畫圖中可以看出，本模塊從供電開始工作到600s左右時，溫度變?yōu)楹愣ㄗ罡撸罡邷囟燃s為326K (53°C)。
[0068]此模塊正常的工作穩(wěn)定范圍為-55°C~125°C，經(jīng)過散熱設(shè)計后的結(jié)構(gòu)可以保證模塊的正常工作，即散熱結(jié)構(gòu)設(shè)計合理。本天線的其它散熱結(jié)構(gòu)與其類似。
【權(quán)利要求】
1.一種北斗衛(wèi)星導(dǎo)航天線，其特征在于:包括功分器與電源單元(I)、抗干擾單元(2)、射頻單元(3)、天線罩(4)，所述抗干擾單元(2)固定在射頻單元(3)內(nèi)，所述功分器與電源單元(I)和天線罩(4)分別與射頻單元(3)固定在一起。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種北斗衛(wèi)星導(dǎo)航天線，其特征在于:所述功分器與電源單元(I)包括功分器與電源單元盒體(1-1)、功分器單元蓋板(1-2)、接插件(1-3);數(shù)個所述接插件(1-3)分別固定在功分器與電源單元盒體(1-1)的一端面上，所述功分器單元蓋板(1-2)固定在功分器與電源單元盒體(1-1)的另一端面上。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種北斗衛(wèi)星導(dǎo)航天線，其特征在于:所述功分器單元蓋板(1-2) —端面邊緣設(shè)有一圈凸起結(jié)構(gòu)(1-21)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種北斗衛(wèi)星導(dǎo)航天線，其特征在于:所述抗干擾單元(2)包括抗干擾單元盒體(2-1)、抗干擾單元蓋板(2-2)，所述抗干擾單元蓋板(2-2)固定在抗干擾單元盒體(2-1)上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種北斗衛(wèi)星導(dǎo)航天線，其特征在于:所述射頻單元(3)包括射頻單元盒體(3-1)、射頻單元蓋板(3-2)、射頻通道蓋板(3-3)、北斗陣子(3-4)、GPS陣子(3-5)、天線反射板(3-6)，所述天線反射板(3-6)的一端面安裝4個北斗陣子(3-4)和I個GPS陣子(3-5 )，天線反射板(3-6 )的另一端面與4個射頻通道蓋板(3_3 )共同固定在射頻單元盒體(3-1)的一端,所述射頻單元蓋板(3-2)與射頻單元盒體(3-1)的另一端相固定，4個北斗陣子(3-4)和I個GPS陣子(3-5)的插頭與射頻盒內(nèi)的插座連接。
【文檔編號】H01Q23/00GK203721891SQ201320849795
【公開日】2014年7月16日 申請日期:2013年12月22日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月22日
【發(fā)明者】劉魏成, 韓亞洲, 柴彩娟, 鄭銀崗, 張雪剛, 尹傲男, 李佳, 陳大愷 申請人:天津七六四通信導(dǎo)航技術(shù)有限公司