三頻段共口徑有源導航天線的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于天線技術領域，涉及一種三頻段共口徑有源天線，可用于衛星導航系統的信號接收。
【背景技術】
[0002]全球衛星導航系統(GlobalNavigat1n Satellite System, GNSS)屬于星基無線電導航系統，其主要作用是利用衛星向全球用戶提供高質量的定位、導航和授時服務。作為重要的空間基礎設施，衛星導航系統已被廣泛地應用在政治、經濟、軍事以及日常生活中，在各個領域發揮著不可替代的作用。
[0003]由于衛星導航系統在現代社會扮演著重要角色，世界主要大國和利益集團都獨自建立或提出聯合建立衛星導航系統。目前已建成運行和正在發展中的衛星導航系統主要有美國的全球衛星定位系統(Global Posit1n Systems, GPS)，前蘇聯的全球衛星導航系統(Global Navigat1n Satellite Systems，GLONASS)，歐盟的伽利略(Galileo)衛星導航定位系統以及由我國自主研發的北斗衛星導航系統(BeiDou(COMPASS)Navigat1nSatellite System)。
[0004]近年來，隨著人們對衛星導航服務要求越來越高，多模導航天線的研宄受到廣泛重視。各種形式的多模導航天線被開發出來，歸納起來主要有:單饋電結構，雙饋電結構以及四饋電結構。常見的單饋電結構是采用多層貼片的微帶線結構，貼片的層數通常與工作的頻點相對應，不同的貼片層對應不同的工作頻段，天線的圓極化是通過貼片切角來實現的。此類天線結構簡單緊湊，剖面較低，便于制作加工，但是工作的頻點較窄，難以承受外界的物理擾動。雙饋電結構一般是通過兩個饋電點提供等幅、相位相差90°的信號以激勵出兩個正交的線極化模，從而實現圓極化工作，在該結構中，一般是通過探針將信號耦合到輻射片上，以產生較寬的工作帶寬。但是，常用的探針饋電形式會使寬頻帶天線與多個其它頻帶的天線共口徑產生較強的互耦，導致天線上的電流分布受其它輻射元的影響而發生變化，使得其輸入阻抗及輻射特性發生變化，無法保證天線在整個寬帶頻段范圍內具有良好穩定的輻射性能。中國專利授權號CN 203481381U公開了一種導航天線，其結構如圖1所示，該導航天線包括輻射裝置和饋電電路，輻射裝置包括上層貼片、中層貼片、下層貼片和地板。上層貼片和饋電電路之間由兩個饋電探針相連接，采用層疊耦合實現多頻點工作，通過調整上、中、下三層貼片的尺寸和相互之間的耦合關系，使三層貼片分別工作在衛星導航所工作的頻段，實現三個系統頻段的天線復用。該發明存在以下缺陷:其一，該發明所采用的探針饋電方式，由于探針在天線輻射單元輸入端引入了電感，造成天線輻射單元輸入端阻抗不匹配，使得天線工作頻帶較窄；其二，該發明中探針對上層貼片直接饋電，并將信號耦合到中層和下層貼片上，造成天線各頻段輻射性能之間相互影響，無法兼顧天線各個頻段的輻射特性，同時互耦過大造成了天線輻射效率的降低；其三，同探針過長會引起上層輻射單元方向圖的畸變，同時上方貼片對下方貼片造成遮擋，使得下層輻射單元方向圖惡化。
【發明內容】
[0005]本發明的目的在于克服上述現有導航天線存在的不足，提出了一種三頻段共口徑有源導航天線，用于解決現有導航天線工作頻帶不夠寬、輻射效率低以及方向圖低仰角增益低的問題。
[0006]為實現上述的目的，本發明采取的技術方案為:
[0007]一種三頻段共口徑有源導航天線，包括共口徑天線單元1、濾波器2、低噪聲放大器3和背腔4 ;所述共口徑天線單元I包括輻射體、金屬反射板116和饋電網絡121，其中輻射體包括由高頻寄生單元和高頻福射單元組成的高頻福射體、中頻福射體、低頻寄生單元和低頻福射單元組成的低頻福射體，所述高頻寄生單元、高頻福射單元、中頻福射體和低頻寄生單元自上而下依次形成共軸層疊結構，該共軸層疊結構通過第一介質螺柱110支撐在低頻輻射單元的上方；所述金屬反射板116和饋電網絡121分別印制在第七介質板117的上下表面；高頻輻射單元、中頻輻射體和低頻輻射單元分別通過兩根高頻饋電同軸線118、兩根中頻饋電同軸線119和兩根低頻饋電探針120與饋電網絡121相連，其中高頻輻射單元和低頻輻射單元采用電容耦合饋電；所述輻射體通過第二介質螺柱115支撐在第七介質板117上方，在該第七介質板117的下方設置有濾波器2和低噪聲放大器3 ;所述低頻輻射單元、第七介質板117、濾波器2和低噪聲放大器3均位于背腔4的腔體內；所述低噪聲放大器3，濾波器2和饋電網絡121依次相連。
[0008]所述饋電網絡121包括高頻饋電網絡、中頻饋電網絡和低頻饋電網絡，其中，高頻饋電網絡由二階分支線耦合器組成；中頻饋電網絡由一階Wilkinson功分器與90度移相器組成；低頻饋電網絡由二階Wilkinson功分器與寬帶90度移相器組成。
[0009]所述高頻寄生單元由第一介質板101和印制在其上表面的高頻寄生貼片100組成，高頻輻射單元包括高頻輻射貼片102、第二介質板103和第三介質板105，其中高頻輻射貼片102印制在第二介質板103的上表面，在第三介質板104的上表面印制有兩個圓形高頻電容耦合貼片104 ;所述三個介質板101，103和105自上而下依次疊加，形成高頻輻射體，兩根高頻饋電同軸線118的上下兩端分別與高頻電容耦合貼片104和高頻饋電網絡相連。
[0010]所述中頻輻射體由第四介質板107和印制在其上表面的中頻輻射貼片106組成，中頻饋電同軸線119的上下兩端分別與中頻輻射貼片106和中頻饋電網絡相連。
[0011]所述低頻寄生單元由第五介質板109和印制在其上表面的低頻寄生貼片108組成，低頻福射單元包括第六介質板114和印制在其上表面的低頻福射貼片113，其中低頻福射貼片113上蝕刻有兩個環形縫隙111，形成兩個低頻電容耦合貼片112，低頻饋電探針120的上下兩端分別與低頻電容耦合貼片112和低頻饋電網絡121相連。
[0012]所述濾波器2和低噪聲放大器3分別印制在第八介質板5的上表面和第九介質板6的下表面，所述第八介質板5的下表面和第九介質板6的上表面均印制有金屬層，該兩個介質板5，6上下層疊；所述濾波器2包括高頻濾波器、中頻濾波器和低頻濾波器，所述低噪聲放大器3包括高頻低噪聲放大器、中頻低噪聲放大器和低頻低噪聲放大器。
[0013]所述背腔4采用金屬材料，形狀為中間設有腔體的圓柱形，其底部固定有金屬背腔蓋板43，在腔體內自上而下設置有第一金屬卡槽41和第二金屬卡槽42，分別用于安裝第七介質板12、第八介質板5和第九介質板6。
[0014]所述第一介質板101、第二介質板103、第三介質板105、第五介質板109、第六介質板114、第七介質板117和第九介質板6采用相對介電常數為4.4的FR4材料；第四介質板107和第八介質板5采用相對介電常數為2.55的介質材料；其中四個介質板114，117，5和6的表面形狀均為圓形，并在第八介質板5和第九介質板6的圓周上各均勻設置有12個半圓形空隙。
[0015]本發明與現有技術相比，具有如下優點:
[0016]I)本發明中高頻輻射體和低頻輻射體由于分別采用了同軸線耦合饋電和探針耦合饋電，通過在饋電位置處增加電容耦合效應來分別抵消同軸線和探針引入的電