本發(fā)明涉及一種高精度探測(cè)的圓極化天線。
背景技術(shù):
近些年以來(lái),國(guó)內(nèi)開始研究一種基于GPS、北斗等衛(wèi)星系統(tǒng)無(wú)線電信號(hào)探測(cè)地球大氣環(huán)境的方法:衛(wèi)星無(wú)線電信號(hào)在穿越地球大氣層時(shí)收到大氣折射影響,傳播路徑發(fā)生彎曲,導(dǎo)致用戶接收機(jī)接收到的信號(hào)相位產(chǎn)生延遲,通過(guò)測(cè)量這些延遲量可獲取大氣中溫度、壓強(qiáng)、濕度、電子密度等信息。為了提高掩星探測(cè)反演精度,提出了一個(gè)基于全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(GNSS)的探測(cè)系統(tǒng)。作為GNSS掩星探測(cè)系統(tǒng)中的關(guān)鍵部件,高精度的掩星定位天線技術(shù)已成為當(dāng)前急需解決的問(wèn)題。
掩星定位天線是一種寬波束覆蓋天線,要求天線在寬角范圍內(nèi)具有較高的增益、良好的軸比性能,以及穩(wěn)定的相位中心。目前的掩星定位天線多采用諧振式的螺旋天線、微帶天線和普通空氣腔式天線。諧振式的螺旋天線和微帶天線頻結(jié)構(gòu)較為緊湊,具有較高的輻射效率,可實(shí)現(xiàn)良好的寬角波束覆蓋,但是工作帶寬較窄,不能覆蓋GPS、BD、GALILEO以及GLONASS的頻率范圍;同時(shí)其相位中心在寬頻帶、寬波束范圍內(nèi)的穩(wěn)定性較差。普通空氣腔式天線結(jié)構(gòu)也較為緊湊,工作帶寬較寬,相位中心在寬頻帶、寬波束范圍內(nèi)有良好的穩(wěn)定性能,天線增益較高,但是其寬角波束覆蓋性能差,低仰角增益普遍較低。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:
為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足,本發(fā)明提供一種雙頻段、高低仰角增益和高相位中心穩(wěn)定度的GNSS天線。
本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是:包括底層輻射片、第二層輻射片、頂層輻射片、天線基板、饋電網(wǎng)絡(luò)、饋電插針、金屬固定螺釘和介質(zhì)固定螺釘。
所述的底層輻射片、第二層輻射片、頂層輻射片為平行排列的金屬片,所述的金屬固定螺釘穿過(guò)底層輻射片、第二層輻射片、頂層輻射片的中心,所述的介質(zhì)固定螺釘分別穿過(guò)底層輻射片、第二層輻射片、頂層輻射片的四角,將底層輻射片、第二層輻射片、頂層輻射片依次固定在天線基板上方;饋電網(wǎng)絡(luò)緊貼在天極基板下表面,提供0°、90°、180°和270°相移以及等功率分配信號(hào);所述的饋電插針貫穿天線基板和底層輻射片,連接第二層輻射片和饋電網(wǎng)絡(luò),且饋電插針不接觸天線基板和底層輻射片。
所述的天線基板、底層輻射片、第二層輻射片和頂層輻射片之間均由空氣填充。
所述的底層輻射片、第二層輻射片和頂層輻射片為相同的規(guī)則對(duì)稱圖形,包括正方形、菱形和圓形。
本發(fā)明的有益效果是:
(1)輻射片之間為空氣介質(zhì),且底層輻射片采用耦合饋電方式,改善了輸入端口的阻抗特性,能有效地提高天線的工作頻帶特性。天線可覆蓋GPS、BD-2,GALILEO及GLONASS的頻率范圍。
(2)天線上部附加了一個(gè)頂層輻射片,頂層輻射片為一反射機(jī)構(gòu),通過(guò)精確控制優(yōu)化其尺寸大小與離下層輻射片的間距,能有效地提高第二層輻射片和底層輻射片輻射信號(hào)的低仰角增益,同時(shí)提高天線在寬波束范圍內(nèi)的相位中心穩(wěn)定度。
(3)通過(guò)四點(diǎn)饋電點(diǎn)形式圓極化。與普通的單點(diǎn)饋電及兩點(diǎn)饋電形成圓極化相比,四點(diǎn)饋電結(jié)構(gòu)對(duì)稱,在拓展天線工作帶寬的同時(shí),能有效的改善天線在寬角范圍內(nèi)的輻射特性,提高天線在寬角范圍內(nèi)的增益電平、軸比特性、相位中心穩(wěn)定度。
(4)為了提高結(jié)構(gòu)強(qiáng)度,除了天線的四角有四個(gè)介質(zhì)螺釘作為支撐,在天線的中心位置,還有一個(gè)金屬螺釘對(duì)天線進(jìn)行加固。
附圖說(shuō)明
圖1為現(xiàn)有技術(shù)中圓極化天線的組裝結(jié)構(gòu)切面示意圖。
圖2為本發(fā)明的組裝結(jié)構(gòu)切面示意圖。
圖3為本發(fā)明的頂層輻射片正面示意圖。
圖4為本發(fā)明的第二層輻射片正面示意圖。
圖5為本發(fā)明的底層輻射片正面示意圖。
圖6為本發(fā)明的頂層輻射片幾種形狀的正面示意圖。
圖7為本發(fā)明的第二層輻射片幾種形狀的正面示意圖。
圖8為本發(fā)明的底層輻射片幾種形狀的正面示意圖。
圖9為現(xiàn)有技術(shù)中頂層輻射天線的仿真增益方向圖。
圖10為本發(fā)明的第二層輻射天線的仿真增益方向圖。
圖11為現(xiàn)有技術(shù)中頂層輻射天線的仿真軸比方向圖。
圖12為本發(fā)明的第二層輻射天線的仿真軸比方向圖。
圖13為現(xiàn)有技術(shù)中底層輻射天線的仿真增益方向圖。
圖14本發(fā)明的底層輻射天線的仿真增益方向圖。
圖15為現(xiàn)有技術(shù)中底層輻射天線的仿真軸比方向圖。
圖16為本發(fā)明的底層輻射天線的仿真軸比方向圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明,本發(fā)明包括但不僅限于下述實(shí)施例。
本發(fā)明提供的一種相位中心穩(wěn)定的GNSS掩星定位天線包括:底層輻射片、第二層輻射片、頂層輻射片、天線基板、饋電網(wǎng)絡(luò)、接頭、饋電插針、中心金屬固定螺釘和介質(zhì)支撐/固定螺釘。
所述的輻射片為金屬片,底層輻射片高于天線基板,位于基板上方;第二層輻射片高于底層輻射片,改進(jìn)增加的頂層輻射片位于第二層輻射片上方。
所述的饋電插針貫穿天線基板和底層輻射片,并與第二層輻射片以及饋電網(wǎng)絡(luò)連接。
所述的中心金屬固定螺釘穿過(guò)三層輻射片,并把三層輻射片安裝至天線基板上。
所述的介質(zhì)支撐/固定螺釘安裝于天線輻射片四角,穿過(guò)三層輻射片,并把三層輻射片安裝至天線基板上。
所述的饋電網(wǎng)絡(luò)安裝于天線基板下方,為天線提供0°、90°、180°和270°相移以及等功率分配信號(hào),從而形成天線圓極化。
如圖2所示,本發(fā)明改進(jìn)后的圓極化天線的實(shí)施例包括天線基板1、底層輻射片2、第二層輻射片3、頂層輻射片4、位于天線基板1背面的饋電網(wǎng)絡(luò)5、接頭6、饋電插針7、介質(zhì)支撐/固定螺釘8、中心金屬固定螺釘9。圖中,三層輻射片的支撐/固定介質(zhì)螺釘8把輻射片2、3和4固定到天線基板1上,作為結(jié)構(gòu)件以作為天線支撐、加強(qiáng)天線強(qiáng)度;天線中心的金屬固定螺釘9使得天線輻射片2、3和4中心能夠良好接地,又固定輻射片2、3和4至天線基板1上,進(jìn)一步加強(qiáng)了天線結(jié)構(gòu);天線的饋電網(wǎng)絡(luò)5提供0°、90°、180°和270°相移的等功率分配信號(hào);天線的饋電針7上端與第二層輻射片3連接;下端從底層輻射片2和天線基板1的孔中穿過(guò),聯(lián)至天線的饋電網(wǎng)絡(luò)5。饋電針7對(duì)第二層輻射片3電連接、直饋,對(duì)底層輻射片耦合饋電,通過(guò)接頭6輸入/輸出射頻信號(hào)。
如圖3所示,為圖2所述天線中頂層輻射片的正面示意圖。圖中,中心為金屬固定螺釘9穿過(guò)中心孔10,頂層輻射片通過(guò)金屬固定螺釘9中心接地、短路,四角為介質(zhì)支撐/固定螺釘8位置示意孔11。
如圖4所示,為圖1所述天線中第二層輻射片的正面示意圖。圖中,中心為中心金屬固定螺釘9穿過(guò)的中心孔10,第二層輻射片通過(guò)金屬固定螺釘9中心接地、短路。四角為介質(zhì)支撐/固定螺釘8位置示意孔11。四邊為饋電插針7位置示意孔12。第二層輻射片天線仿真的增益、軸比方向圖參見(jiàn)圖10和圖12。
如圖5所示,為圖2所述天線中底層輻射片的正面示意圖。圖中,中心為中心金屬固定螺釘9穿過(guò)的中心孔10,底層輻射片通過(guò)金屬固定螺釘9中心接地、短路。四角為介質(zhì)支撐/固定螺釘8位置示意孔11。四邊為饋電插針7位置示意孔13,饋電插針7從孔13中穿過(guò),未連接。底層輻射片天線仿真的增益、軸比方向圖參見(jiàn)圖14和圖16。
如圖9所示,為圖1所述天線頂層輻射天線的仿真增益方向圖。其中橫軸(X軸)表示天線仰角角度,縱軸(Y軸)表示增益。
如圖10所示,為圖2所述天線第二層輻射天線的仿真增益方向圖。其中橫軸(X軸)表示天線仰角角度,縱軸(Y軸)表示增益。
如圖11所示,為圖1所述天線頂層輻射天線的仿真軸比方向圖。其中橫軸(X軸)表示天線仰角角度,縱軸(Y軸)表示軸比。
如圖12所示,為圖2所述天線第二層輻射天線的仿真軸比方向圖。其中橫軸(X軸)表示天線仰角角度,縱軸(Y軸)表示軸比。
如圖13所示,為圖1所述天線底層輻射天線的仿真增益方向圖。其中橫軸(X軸)表示天線仰角角度,縱軸(Y軸)表示增益。
如圖14所示,為圖2所述天線底層輻射天線的仿真增益方向圖。其中橫軸(X軸)表示天線仰角角度,縱軸(Y軸)表示增益。
如圖15所示,為圖1所述天線底層輻射天線的仿真軸比方向圖。其中橫軸(X軸)表示天線仰角角度,縱軸(Y軸)表示軸比。
如圖16所示,為圖2所述天線底層輻射天線的仿真軸比方向圖。其中橫軸(X軸)表示天線仰角角度,縱軸(Y軸)表示軸比。
通過(guò)對(duì)比圖9到圖16改進(jìn)前后圓極化天線的增益與軸比方向圖后可以看出,在增加頂層輻射片后,第二層輻射片和底層輻射片輻射信號(hào)的低仰角增益得到了明顯提高,軸比性能也得到一定程度優(yōu)化。
本實(shí)施例中,天線基板和底層、第二層、頂層輻射片之間由空氣填充。
該天線頂層、第二層和底層輻射片外形通常為規(guī)則對(duì)稱圖形(如圖6、圖7和圖8),以正方形、菱形和圓形為主。本發(fā)明圓極化天線在兩個(gè)頻段內(nèi)的輻射特性和諧振特性分別由饋電插針位置、輻射片尺寸及其高度來(lái)決定。
以上僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例,并非因此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍,凡是本發(fā)明內(nèi)容的等效變換,或?qū)⒈景l(fā)明直接/間接運(yùn)用在具體設(shè)備或者其它相關(guān)的技術(shù)領(lǐng)域,均包括在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。