一種用于北斗衛星導航系統地面監測站的ls雙頻高精度天線的制作方法
【專利摘要】本發明提供一種用于北斗衛星導航系統地面監測站的LS雙頻高精度天線，包括天線單元和扼流圈，所述天線單元包括兩個頻段的天線單元，分別為S頻段貼片天線和L頻段十字振子天線，所述S頻段貼片天線設置在L頻段十字振子天線上方且與其同心設置。本發明采用S頻段貼片天線和十字振子天線層疊式組合的方式完美解決了L/S頻段的兼容性問題，而采用不同的天線類型排除了高次模的干擾，優化了天線性能，同時兩個天線單元也可共用多頻扼流圈實現全頻段多徑抑制。
【專利說明】
一種用于北斗衛星導航系統地面監測站的LS雙頻高精度天線
技術領域
[0001]本發明涉及北斗衛星導航技術領域，具體的說是一種可以應用于北斗衛星導航系統地面監測站的L/S全頻段高精度天線。
【背景技術】
[0002]隨著衛星導航系統對經濟發展、科學研究、災害防控及軍事領域扮演著越來越重要的角色，而衛星導航信號的準確接收尤為重要。衛星導航信號是由分布在各地的地面監測站提供的。北斗導航系統的地面監測站是一種無源設施，必須靠天線接收導航信號，然后將導航信號轉換為電流傳送給地面監測站的監測接收機。監測接收機所接收的信號與用戶團體相同，但是所需要的技術性能要高于常規的高精度設備用戶，因此，高精度天線對衛星導航越來越重要。
[0003]作為北斗衛星導航系統運行與控制的關鍵部分，地面監測站對天線提出一系列要求:高穩定度的相位中心、良好的抗多徑和抗干擾能力、良好的多頻帶隔離、不同天線之間良好的一致性。
[0004]—方面，天線的對稱性是保證天線相位中心和優異的圓極化性能的關鍵因素，另一方面，為了滿足不同天線良好的一致性，要求結構簡單，便于工藝實現。
[0005]微帶天線具有尺寸小、成本低、易加工等特點，而對稱多饋源的微帶天線有良好的廣角圓極化特性，在衛星通信及衛星導航領域得到了廣泛使用。十字振子天線同樣是一種對稱性優良的天線類型。本發明提供的天線，其帶寬極寬，在高精度導航天線領域中是前所未有的課題。
【發明內容】
[0006]本發明的目的是提供一種用于北斗衛星導航系統地面監測站的LS雙頻高精度天線，一種具有高穩定度的相位中心、良好的抗多徑和抗干擾能力、良好的多頻帶隔離、不同天線良好的一致性的北斗衛星導航系統地面監測站天線，旨在滿足北斗衛星導航系統建設過程中地面監測站天線的需求。
[0007]為實現上述目的，本發明的技術方案是:
[0008]—種用于北斗衛星導航系統地面監測站的LS雙頻高精度天線，包括天線單元和扼流圈，其特征在于:所述天線單元包括兩個頻段的天線單元，分別為S頻段貼片天線和L頻段十字振子天線，所述S頻段貼片天線設置在L頻段十字振子天線上方且與其同心設置。本發明采用S頻段貼片天線和十字振子天線層疊式組合的方式完美解決了 L/S頻段的兼容性問題，而采用不同的天線類型排除了高次模的干擾，優化了天線性能，同時兩個天線單元也可共用多頻扼流圈實現全頻段多徑抑制。
[0009]進一步地，所述扼流圈包括位于扼流圈中心的反射底板以及設置在反射底板外圍的多圈扼流環，扼流環與反射底板為同心設置。
[0010]進一步地，所述L頻段十字振子天線直接安裝在反射底板上，所述S頻段貼片天線通過反射底板上的多根絕緣支撐柱支撐固定在反射底板以及L頻段十字振子天線的上方。本發明中，S頻段貼片天線置于上層，L頻段十字振子天線置于下層。S頻段貼片天線的輻射貼片不影響下層L頻段十字振子天線的輻射，并且可以展寬下層L頻段十字振子天線的帶寬。
[0011]進一步地，所述S頻段貼片天線包括S頻段天線輻射介質板、S頻段天線饋電網絡板和S頻段天線饋電探針，S頻段天線輻射介質板設置在S頻段天線饋電網絡板上，其上疊放有S頻段天線輻射介質板的S頻段天線饋電網絡板通過多根絕緣螺釘固定在絕緣支撐柱上，S頻段天線輻射介質板上的S頻段天線金屬貼片和S頻段天線饋電網絡板上的電路通過S頻段天線饋電探針焊接相連。
[0012]進一步地，所述S頻段天線饋電探針有4根，所述S頻段天線金屬貼片、S頻段天線輻射介質板以及S頻段天線饋電網絡板上開均設有4個S頻段貼片天線饋電孔，4根S頻段天線饋電探針通過依次穿過S頻段天線金屬貼片、S頻段天線輻射介質板以及S頻段天線饋電網絡板上的S頻段貼片天線饋電孔且其兩端分布焊接在S頻段天線金屬貼片以及S頻段天線饋電網絡板上的電路上，在S頻段天線金屬貼片以及S頻段天線饋電網絡板上各形成4個焊點且4個焊點的位置呈中心圓對稱。
[0013]進一步地，所述S頻段天線金屬貼片為呈中心圓對稱形狀。
[0014]進一步地，所述L頻段十字振子天線包括L頻段天線輻射介質板、金屬支撐柱和L頻段天線饋電網絡板，L頻段天線饋電網絡板設置在反射底板的下方，L頻段天線輻射介質板設置在金屬支撐柱上，金屬支撐柱設置在反射底板上，所述金屬支撐柱內縱向開設有四個上下貫通的通孔，四個通孔呈中心對稱分布，所述反射底板以及L頻段天線饋電網絡板上均開設有與這四個通孔位置對應的四個通孔，四個嵌套在絕緣子內的L頻段天線饋電探針穿設在四個通孔中且其兩端伸出絕緣子之外后分別焊接于L頻段天線輻射介質板上的L頻段天線金屬貼片和L頻段天線饋電網絡板的電路上。
[0015]進一步地，本發明中L頻段天線饋電探針設置在絕緣子內且與絕緣子同軸設置。L頻段天線饋電探針以及其外圍絕緣子的絕緣層的直徑均可以改變以調節同軸結構的特性阻抗。
[0016]進一步地，本發明中L頻段天線輻射介質板上有四個L頻段天線金屬貼片，四個L頻段天線金屬貼片形狀大小均相同且彼此分離獨立。
[0017]進一步地，本發明中L頻段天線金屬貼片為三角形或扇形。
[0018]本發明的有益效果是:
[0019]本發明采用上下式分頻段結構實現，每個頻段采用四饋電點實現饋電，包含所有北斗衛星導航系統頻段尤其是S頻段，并兼容GPS，GL0NASS以及Gali Ieo等全球導系統。
[0020]本發明通過使用對稱結構貼片形式和多饋源方式保證了天線的高穩定度相位中心;通過使用立體三維的扼流圈提高天線的抗多徑性能;通過使用組合式天線單元結構實現了天線的多頻工作；由于整體結構簡單緊湊，保證了不同天線良好的一致性。
[0021]本發明將這兩層天線上下同心分別固定，整體結構緊湊，簡單，實現了不同天線良好的一致性。這樣提高了天線的相位中心穩定度。
[0022]本發明采用扼流圈，有效的抑制了多徑效應的干擾，在保證低仰角增益的同時，提高了天線的前后比和滾將系數，有效的提高了天線的抗多徑能力。
[0023]本發明結構簡單、緊湊，制造成本低廉，容易實現，頻帶寬等優點。因此，該天線具有很好的推廣應用前景。
【附圖說明】
[0024]圖1是本發明的整體結構剖視圖；
[0025]圖2是本發明的扼流圈結構剖視圖；
[0026]圖3是本發明的S頻段貼片天線單元剖視圖；
[0027]圖4是本發明的L頻段天線單元剖視圖；
[0028]圖5是本發明的S頻段天線輻射介質板俯視圖；
[0029]圖6是本發明的S頻段天線饋電網絡板俯視圖；
[0030]圖7是本發明的L頻段天線輻射介質板俯視圖；
[0031 ]圖8是本發明的金屬支撐柱的俯視圖；
[0032]圖9是本發明的金屬支撐柱以及反射底板的結構示意圖；
[0033]圖10是本發明發射底板的俯視圖；
[0034]圖11是本發明L頻段天線饋電網絡板的俯視圖。
[0035]附圖標記說明:
[0036]1、S頻段貼片天線;2、S頻段天線金屬貼片;3、S頻段天線輻射介質板;4、S頻段天線饋電網絡板;5、S頻段天線饋電探針;6、絕緣支撐柱;7、第一扼流環;8、第二扼流環;9、第三扼流環；10、第四扼流環；11、L頻段天線金屬貼片；12、L頻段天線輻射介質板；13、L頻段天線饋電探針；14、發射底板；15、L頻段天線饋電網絡板；16、絕緣子；17、L頻段十字振子天線；
18、金屬支撐柱；19、第一絕緣螺釘穿設通孔;20、S頻段貼片天線饋電孔;21、第三通孔;22、L頻段天線饋電網絡板的饋電孔;23、金屬支撐柱中心通孔;24、金屬支撐柱內用于穿設L頻段天線饋電探針的通孔;25、第二絕緣螺釘穿設通孔;26、第四通孔;27、第五通孔;28、反射腔。29、L頻段輻射介質板中心通孔;30、反射底板中心通孔;31、L頻段饋電網絡板中心通孔;32、扼流圈。
【具體實施方式】
[0037]以下將結合具體實施例和說明書附圖對本發明做進一步詳細說明。
[0038]一種用于北斗衛星導航系統地面監測站的LS雙頻高精度天線，包括天線單元和扼流圈32，所述天線單元包括兩個頻段的天線單元，分別為S頻段貼片天線I和L頻段十字振子天線17，所述S頻段貼片天線I設置在L頻段十字振子天線17上方且與其同心設置。
[0039 ]參照圖1和圖2，所述扼流圈32包括位于扼流圈中心的反射底板14以及設置在反射底板14外圍的多圈扼流環，扼流環與反射底板14為同心設置。本實施例中，扼流環有4個，分別為第一扼流環7、第二扼流環8、第三扼流環9和第四扼流環10。扼流環為金屬圓環，在實際應用中，不限制改變各扼流環的高度和寬度，也不限制組成扼流圈的扼流環的數量。
[0040]參照圖1，所述L頻段十字振子天線17直接安裝在反射底板14上，所述S頻段貼片天線通過反射底板上的多根絕緣支撐柱6支撐固定在反射底板以及L頻段十字振子天線17的上方。
[0041]參照圖3，所述S頻段貼片天線包括S頻段天線輻射介質板3、S頻段天線饋電網絡板4和S頻段天線饋電探針5，S頻段天線饋電探針5有4根，S頻段天線輻射介質板3設置在S頻段天線饋電網絡板4上且兩者同心設置。參照圖5，S頻段天線輻射介質板3上開設有四個第一絕緣螺釘穿設通孔19、S頻段天線饋電網絡板4上的對應位置同樣開設有四個第二絕緣螺釘穿設通孔25。其上疊放有S頻段天線輻射介質板3的S頻段天線饋電網絡板4通過四根塑料材質的絕緣螺釘固定在四根絕緣支撐柱6上。絕緣支撐柱6的底部是固定在反射底板14上的。
[0042]參照圖5和圖6，所述S頻段天線金屬貼片2、S頻段天線輻射介質板3以及S頻段天線饋電網絡板4上開均設有4個S頻段貼片天線饋電孔20。4根S頻段天線饋電探針5通過依次穿過S頻段天線金屬貼片2、S頻段天線輻射介質板3以及S頻段天線饋電網絡板4上的S頻段貼片天線饋電孔20且其兩端伸出S頻段貼片天線饋電孔20后分別焊接在S頻段天線金屬貼片2以及S頻段天線饋電網絡板4上的電路上，在S頻段天線金屬貼片2以及S頻段天線饋電網絡板4上各形成4個焊點且4個焊點的位置呈中心圓對稱。
[0043]所述S頻段天線金屬貼片2可以為方形或者圓形等中心圓對稱形狀。本實施例中為圓形。
[0044]參照圖4、圖7，圖8、圖9、圖10和圖11，所述L頻段十字振子天線17包括L頻段天線輻射介質板12、金屬支撐柱18和L頻段天線饋電網絡板15，L頻段天線輻射介質板12和反射底板14之間的內部空間形成反射腔28兒頻段天線饋電網絡板15設置在反射底板14的下方，L頻段天線輻射介質板12設置在金屬支撐柱18上，金屬支撐柱18設置在反射底板14上，所述金屬支撐柱18內縱向開設有四個上下貫通的用于穿設L頻段天線饋電探針的通孔24，四個通孔呈中心對稱分布。所述L頻段天線輻射介質板12、反射底板14以及L頻段天線饋電網絡板15上均開設有與這四個通孔位置對應的四個通孔，分別為L頻段天線輻射介質板12上的四個第三通孔21，反射底板14上的四個第四通孔26和L頻段天線饋電網絡板15上的四個第五通孔27。四個嵌套在絕緣子16內的L頻段天線饋電探針13依次穿過L頻段天線輻射介質板
12、金屬支撐柱18、反射底板14以及L頻段天線饋電網絡板15內的通孔且其兩端伸出絕緣子16之外后分別焊接于L頻段天線輻射介質板12上的L頻段天線金屬貼片11和L頻段天線饋電網絡板15的電路上。絕緣子以及L頻段天線饋電探針的這一設計避免了 L頻段天線饋電探針和金屬支撐柱連接導致短路。L頻段天線輻射介質板12上的L頻段天線金屬貼片11通過L頻段天線饋電探針13與下面的L頻段天線饋電網絡板15上的電路聯通進行饋電。
[0045]本發明中:L頻段天線饋電探針13設置在絕緣子16內且與絕緣子16同軸設置。絕緣子的材質，絕緣子的直徑和饋電探針的直徑共同決定所述同軸結構的阻抗，通過調節與輻射介質板12上的金屬貼片11匹配。
[0046]參照圖7，L頻段天線輻射介質板12上有四個L頻段天線金屬貼片11，四個L頻段天線金屬貼片11形狀大小均相同且彼此分離獨立。L頻段天線金屬貼片11的形狀應根據頻率帶寬等具體要求進行優化設計，可以為等腰三角形，扇形等形狀。本實施例中，L頻段天線金屬貼片11為三角形。
[0047]本發明天線在各個頻段內的輻射特性和諧振特性分別取決于相應位置的金屬貼片和介質板的電參數。
[0048]本發明天線中使用的介質板，可以根據不同的頻段，帶寬要求來選擇不同的介質板。
[0049]參照圖7、8、9、10和11，所述金屬支撐柱內的中心縱向開設有金屬支撐柱中心通孔23，所述L頻段輻射介質板的中心開設有L頻段輻射介質板中心通孔29，反射底板14的中心開設有反射底板中心通孔30，所述L頻段饋電網絡板上開設有L頻段饋電網絡板中心通孔31，這些中心通孔在同一軸線上。使用連接線按上下順序先后穿過L頻段天線輻射介質板中心通孔29、金屬支撐柱中心通孔23、發射底板中心通孔30和L頻段饋電網絡板中心通孔31，連接線的上端與S頻段饋電網絡板的電路相連，下端與下面的有源器件相連。這個設計避免了和下層L頻段十字振子天線的接觸，減小了 S頻段貼片天線和L頻段十字振子天線的相互干擾。
[0050]本發明的天線實現了微帶貼片天線在L/S工作頻段內的輻射特性，在兩個工作頻段內的阻抗匹配效果良好，帶寬寬，充分滿足設計要求。并且本發明天線結構設計緊湊，容易實現，位置精準，保證了不同天線良好的一致性，便于推廣和大量生產。
[0051]總之，本發明的天線各項參數指標都達到了非常理想的要求，可以滿足北斗終端的應用的要求。因此，實現了發明目的。
【主權項】
1.一種用于北斗衛星導航系統地面監測站的LS雙頻高精度天線，包括天線單元和扼流圈，其特征在于:所述天線單元包括兩個頻段的天線單元，分別為S頻段貼片天線和L頻段十字振子天線，所述S頻段貼片天線設置在L頻段十字振子天線上方且與其同心設置。2.根據權利要求1所述的用于北斗衛星導航系統地面監測站的LS雙頻高精度天線，其特征在于:所述扼流圈包括位于扼流圈中心的反射底板以及設置在反射底板外圍的多圈扼流環，扼流環與反射底板為同心設置。3.根據權利要求2所述的用于北斗衛星導航系統地面監測站的LS雙頻高精度天線，其特征在于:所述L頻段十字振子天線直接安裝在反射底板上，所述S頻段貼片天線通過反射底板上的多根絕緣支撐柱支撐固定在反射底板以及L頻段十字振子天線的上方。4.根據權利要求3所述的用于北斗衛星導航系統地面監測站的LS雙頻高精度天線，其特征在于:所述S頻段貼片天線包括S頻段天線輻射介質板、S頻段天線饋電網絡板和S頻段天線饋電探針，S頻段天線輻射介質板設置在S頻段天線饋電網絡板上，其上疊放有S頻段天線輻射介質板的S頻段天線饋電網絡板通過多根絕緣螺釘固定在絕緣支撐柱上，S頻段天線輻射介質板上的S頻段天線金屬貼片和S頻段天線饋電網絡板上的電路通過S頻段天線饋電探針焊接相連。5.根據權利要求4所述的用于北斗衛星導航系統地面監測站的LS雙頻高精度天線，其特征在于:所述S頻段天線饋電探針有4根，所述S頻段天線金屬貼片、S頻段天線輻射介質板以及S頻段天線饋電網絡板上開均設有4個S頻段貼片天線饋電孔，4根S頻段天線饋電探針通過依次穿過S頻段天線金屬貼片、S頻段天線輻射介質板以及S頻段天線饋電網絡板上的S頻段貼片天線饋電孔且其兩端分布焊接在S頻段天線金屬貼片以及S頻段天線饋電網絡板上的電路上，在S頻段天線金屬貼片以及S頻段天線饋電網絡板上各形成4個焊點且4個焊點的位置呈中心圓對稱。6.根據權利要求4所述的用于北斗衛星導航系統地面監測站的LS雙頻高精度天線，其特征在于:所述S頻段天線金屬貼片為呈中心圓對稱形狀。7.根據權利要求4、5或6所述的用于北斗衛星導航系統地面監測站的LS雙頻高精度天線，其特征在于:所述L頻段十字振子天線包括L頻段天線輻射介質板、金屬支撐柱和L頻段天線饋電網絡板，L頻段天線饋電網絡板設置在反射底板的下方，L頻段天線輻射介質板設置在金屬支撐柱上，金屬支撐柱設置在反射底板上，所述金屬支撐柱內縱向開設有四個上下貫通的通孔，四個通孔呈中心對稱分布，所述反射底板以及L頻段天線饋電網絡板上均開設有與這四個通孔位置對應的四個通孔，四個嵌套在絕緣子內的L頻段天線饋電探針穿設在四個通孔中且其兩端伸出絕緣子之外后分別焊接于L頻段天線輻射介質板上的L頻段天線金屬貼片和L頻段天線饋電網絡板的電路上。8.根據權利要求7所述的用于北斗衛星導航系統地面監測站的LS雙頻高精度天線，其特征在于:L頻段天線饋電探針設置在絕緣子內且與絕緣子同軸設置。9.根據權利要求7所述的用于北斗衛星導航系統地面監測站的LS雙頻高精度天線，其特征在于:L頻段天線輻射介質板上有四個L頻段天線金屬貼片，四個L頻段天線金屬貼片形狀大小均相同且彼此分離獨立。10.根據權利要求9所述的用于北斗衛星導航系統地面監測站的LS雙頻高精度天線，其特征在于:L頻段天線金屬貼片為三角形或扇形。
【文檔編號】H01Q21/30GK105896104SQ201610219011
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年4月11日
【發明人】陳華明, 李杜, 李立勛, 吳禮杰, 李柏渝, 倪少杰, 李星, 黃躍偉, 樓生強
【申請人】中國人民解放軍國防科學技術大學