小型化gnss通用導(dǎo)航天線的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及衛(wèi)星導(dǎo)航天線技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種小型化GNSS通用導(dǎo)航天線。
【背景技術(shù)】
[0002]全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(GlobalNavigat1n Satellite System，GNSS)是利用衛(wèi)星為用戶提供定位、導(dǎo)航、測繪、監(jiān)測、授時服務(wù)。衛(wèi)星導(dǎo)航具有全時空、全天侯、高精度、連續(xù)實(shí)時提供導(dǎo)航、定位和授時的特點(diǎn)，因此在經(jīng)濟(jì)發(fā)展、社會建設(shè)及管理、科學(xué)研宄、災(zāi)害評估及防控以及軍事領(lǐng)域起著至關(guān)重要的作用，關(guān)系國防安全和人們生活的方方面面。
[0003]目前全球有四大全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(GNSS):美國的GPS (Global Posit1ningSystem)、俄羅斯的 GL0NASS (Global Navigat1n Satellite System)、歐洲的 Galileo和中國的北斗COMPASS。在民用導(dǎo)航方面，四大導(dǎo)航系統(tǒng)的工作頻段為:美國GPS的LI(1575.42±1.023MHz)、俄羅斯 GL0NASS 的 Gl (1602±0.5625MHz)、歐洲 Galileo 的 El(1561.098±2.046MHz)和中國北斗二代的BI (1561.098±2.046MHz)頻段。由于這些系統(tǒng)的衛(wèi)星分布在不同的軌道平面，對每一個用戶而言，單個導(dǎo)航系統(tǒng)的衛(wèi)星在空間的分布有限，定位服務(wù)的精確度、安全性、可靠性和可用性無法得到保障；因政治、軍事的需要，衛(wèi)星系統(tǒng)的主控方還可能暫停服務(wù)或提供錯誤信息；未來的衛(wèi)星定位導(dǎo)航必將是多模式兼容，多系統(tǒng)聯(lián)合定位，多個導(dǎo)航系統(tǒng)的衛(wèi)星形成互補(bǔ)和相互驗(yàn)證，能夠增加可見衛(wèi)星的數(shù)量，提高定位的精度、可靠性和安全性。特別是在城市峽谷、密林深處等信號受到嚴(yán)重遮擋的情況下優(yōu)勢很明顯，衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)向著多模兼容的方向發(fā)展。
[0004]天線位于衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的前端，主要功能是用于接收衛(wèi)星導(dǎo)航信號，其性能的優(yōu)劣在一定程度上決定著衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的性能。如今的導(dǎo)航天線不僅要滿足用戶對接收衛(wèi)星導(dǎo)航信號質(zhì)量的要求，還要符合導(dǎo)航終端體積小型化的要求，因此天線盡可能占用較小的空間體積，同時保證較好的天線性能。目前，市場上比較多的導(dǎo)航天線產(chǎn)品只是涵蓋GPS頻段或者GPS、GL0NASS頻段，或者北斗二代與GPS結(jié)合的頻段。因此有必要設(shè)計能夠覆蓋四大導(dǎo)航系統(tǒng)的GNSS天線，同時兼顧四大衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)共用的通用導(dǎo)航天線?？紤]到工藝差異及應(yīng)用環(huán)境差異，天線覆蓋的頻段要求更大。民用的GNSS通用導(dǎo)航天線工作頻率為1559.052-1602.5625 MHz，帶寬43.5105MHz。
[0005]目前應(yīng)用的導(dǎo)航天線主要采用螺旋天線和貼片天線技術(shù)為主，它們都有各自的優(yōu)缺點(diǎn)。
[0006]螺旋天線為寬帶天線，能覆蓋GNSS頻段，平面螺旋天線尺寸與工作波長成正比，因此天線整體笨重、體積較大、占用空間大，制造成本高；立體螺旋天線縱向高度較大，剖面高、難以共形、制作復(fù)雜；并且螺旋天線一般需要復(fù)雜的饋電結(jié)構(gòu)，兩臂螺旋需要巴倫結(jié)構(gòu)，四臂螺旋需要分路器。如申請?zhí)枮?01410117350.6的發(fā)明專利，發(fā)明名稱為“一種寬帶寬波束圓極化四臂螺旋天線”，采用電橋?qū)崿F(xiàn)功分器功能。申請?zhí)枮?01410125651.3的發(fā)明專利，發(fā)明名稱為一種頂端諧振四臂螺旋天線，采用一分四正交功分器實(shí)現(xiàn)功分功能。
[0007]貼片天線具有結(jié)構(gòu)簡單、體積較小等優(yōu)點(diǎn)。但采用常規(guī)設(shè)計方式，為了實(shí)現(xiàn)小型化，一般采用高介電陶瓷，需要采用稀土材料高溫?zé)Y(jié)及金銀等貴重金屬，工藝復(fù)雜成本高，橫向尺寸最常用的為25*25mm，縱向高度為6?10mm。阻抗帶寬比較窄，通常只有15?20MHz的帶寬，因此不能同時覆蓋GNSS的所有頻段。而采用低介電材料作為介質(zhì)材料，天線的尺寸又較大，如采用FR4作為介質(zhì)，橫向尺寸一般為80mm*80mm左右。
[0008]因此采用螺旋天線和貼片天線技術(shù)，低成本、小型化、寬頻帶是相互矛盾的設(shè)計難題，所以現(xiàn)有技術(shù)無法同時滿足低成本、小型化GNSS通用導(dǎo)航天線的需求。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0009]本實(shí)用新型的目的是為了解決上述技術(shù)的不足而提供一種低成本、小型化的小型化GNSS通用導(dǎo)航天線。
[0010]為了達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型所設(shè)計的一種小型化GNSS通用導(dǎo)航天線，它包括饋線饋電點(diǎn)、短路環(huán)接地點(diǎn)、饋線、天線下蓋、金屬反射板、天線振子、振子支撐架、射頻PCB、有源放大電路及元件、屏蔽罩，其特征是饋線饋電點(diǎn)和短路環(huán)接地點(diǎn)之間設(shè)有天線短路環(huán)，天線短路環(huán)與射頻PCB相垂直，這樣設(shè)計的天線短路環(huán)構(gòu)成典型的PIFA天線形式，同時短路環(huán)還能起到支撐振子的作用；天線振子按照PIFA平面螺旋方式環(huán)繞并構(gòu)成平面螺旋臂，平面螺旋臂與射頻PCB平行，且平面螺旋臂與天線短路環(huán)相連接，天線振子按照PIFA平面螺旋方式來環(huán)繞能便于匹配和實(shí)現(xiàn)天線的小型化，還能降低天線縱向尺寸便于天線共形；除此之外天線振子采用最普通的馬口鐵、洋白銅等金屬薄板制作，振子支撐架采用廉價低介電材料制作，并把有源放大電路及元件作為了金屬反射板，還使用了空氣介質(zhì)來增加天線的輻射效率并減輕天線重量，整個導(dǎo)航天線制作不采用高介電常數(shù)和高價值材料，實(shí)現(xiàn)低成本。
[0011]作為優(yōu)選，平面螺旋臂沿右螺旋方向彎曲實(shí)現(xiàn)右旋極化，平面螺旋臂也可以沿左螺旋方向彎曲實(shí)現(xiàn)左旋極化，且平面螺旋臂長度為諧振頻率的四分之一波長，便于實(shí)現(xiàn)天線橫向尺寸的小型化，天線振子長度與天線的工作頻率相匹配，可通過調(diào)整天線振子的長度來調(diào)試天線的工作頻率，天線短路環(huán)尺寸與天線的阻抗相匹配，這樣可通過調(diào)整天線短路環(huán)尺寸來調(diào)節(jié)天線的阻抗，且天線的阻抗為50歐姆；除此之外，短路環(huán)尺寸調(diào)試和螺旋臂長度調(diào)試兩者相對獨(dú)立，這樣更加便于調(diào)試。
[0012]作為優(yōu)選，放大電路及元件位于射頻PCB的下表面，短路環(huán)接地點(diǎn)設(shè)在射頻PCB的上表面，這樣設(shè)計可實(shí)現(xiàn)直接接地，且還可通過調(diào)節(jié)短路環(huán)的大小來實(shí)現(xiàn)阻抗匹配，便于生產(chǎn)和相對位置的確定。
[0013]作為優(yōu)選，小型化GNSS通用導(dǎo)航天線優(yōu)選參數(shù)為:平面螺旋臂的外徑為20mm，平面螺旋臂的臂長為39mm，平面螺旋臂的螺旋臂寬為4mm，天線短路環(huán)長度為8?12mm，饋線饋電點(diǎn)與短路環(huán)接地點(diǎn)之間距離為3mm，射頻PCB尺寸為25*25mm
[0014]本實(shí)用新型所得到的一種小型化GNSS通用導(dǎo)航天線，制作工藝簡單，成本低，能實(shí)現(xiàn)天線小型化，天線的輻射效率強(qiáng)，拓展了天線帶寬，且天線低仰角增益增大，有利于接收到更多衛(wèi)星的信號，并采用天線短路環(huán)實(shí)現(xiàn)阻抗匹配，使得頻率調(diào)整和阻抗調(diào)整相對獨(dú)立，調(diào)整方式簡單，有利于生產(chǎn)調(diào)試，適合于大范圍的推廣和使用。
【附圖說明】
[0015]圖1為GNSS無源天線結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016]圖2、圖3為GNSS有源天線結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]圖4為未連接有源放大電路前的GNSS天線駐波圖，且在1557?1607MHz范圍內(nèi)，駐波小于2.0，帶寬達(dá)50MHz。
[0018]圖5為包含有源放大電路后的GNSS天線增益圖和駐波圖，從圖中可見其增益帶寬遠(yuǎn)超過所需范圍，且在測試放大電路中，為獨(dú)立驗(yàn)證天線性能，未采用帶通濾波。
[0019]圖中:平面螺旋臂1、天線短路環(huán)2、饋線饋電點(diǎn)3、短路環(huán)接地點(diǎn)4、饋線5、天線下蓋6、金屬反射板7、天線振子8、振子支撐架9、射頻PCB10、有源放大電路及元件11、屏蔽罩
12ο
【具體實(shí)施方式】
[0020]下面通過實(shí)施例結(jié)合附圖對本實(shí)用新型作進(jìn)一步的描述。
[0021]實(shí)施例1。
[0022]如圖1、圖2、圖3、圖4和圖5所示，本實(shí)施例描述的一種小型化GNSS通用導(dǎo)航天線，它包括饋線饋電點(diǎn)3、短路環(huán)接地點(diǎn)4、饋線5、天線下蓋6、金屬反射板7、天線振子8、振子支撐架9、射頻PCB10、有源放大電路及元件11、屏蔽罩12，饋線饋電點(diǎn)3和短路環(huán)接地點(diǎn)4之間設(shè)有天線短路環(huán)2，天線短路環(huán)2與射頻PCBlO相垂直，天線振子8按照PIFA平面螺旋方式環(huán)繞并構(gòu)成平面螺旋臂1，平面螺旋臂I與射頻PCBlO平行，且平面螺旋臂I與天線短路環(huán)2相連接，平面螺旋臂I沿右螺旋方向彎曲實(shí)現(xiàn)右旋極化，平面螺旋臂I也可以沿左螺旋方向彎曲實(shí)現(xiàn)左旋極化，且平面螺旋臂I長度為諧振頻率的四分之一波長，天線振子8長度與天線的工作頻率相匹配，天線短路環(huán)2尺寸與天線的阻抗相匹配，且天線的阻抗為50歐姆，放大電路及元件11位于射頻PCBlO的下表面，短路環(huán)接地點(diǎn)4設(shè)在射頻PCBlO的上表面。
[0023]且小型化GNSS通用導(dǎo)航天線的優(yōu)選參數(shù)為:平面螺旋臂I的外徑為20mm，平面螺旋臂I的臂長為39mm，平面螺旋臂I的螺旋臂寬為4mm，天線短路環(huán)2長度為8?12mm，饋線饋電點(diǎn)3與短路環(huán)接地點(diǎn)4之間距離為3mm，射頻PCBlO尺寸為25*25mm。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種小型化GNSS通用導(dǎo)航天線，它包括饋線饋電點(diǎn)(3)、短路環(huán)接地點(diǎn)(4)、饋線(5)、天線下蓋(6)、金屬反射板(7)、天線振子(8)、振子支撐架(9)、射頻PCB( 10)、有源放大電路及元件(11)、屏蔽罩(12)，其特征是饋線饋電點(diǎn)(3)和短路環(huán)接地點(diǎn)(4)之間設(shè)有天線短路環(huán)(2)，天線短路環(huán)(2)與射頻PCB (10)相垂直，天線振子(8)按照PIFA平面螺旋方式環(huán)繞并構(gòu)成平面螺旋臂(I )，平面螺旋臂(I)與射頻PCB (10)平行，且平面螺旋臂(I)與天線短路環(huán)(2)相連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種小型化GNSS通用導(dǎo)航天線，其特征是所述的平面螺旋臂(I)沿右螺旋方向彎曲實(shí)現(xiàn)右旋極化，平面螺旋臂(I)也可以沿左螺旋方向彎曲實(shí)現(xiàn)左旋極化，且平面螺旋臂(I)長度為諧振頻率的四分之一波長，天線振子(8)長度與天線的工作頻率相匹配，天線短路環(huán)(2)尺寸與天線的阻抗相匹配，且天線的阻抗為50歐姆。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種小型化GNSS通用導(dǎo)航天線，其特征是所述的放大電路及元件(11)位于射頻PCB (10)的下表面，短路環(huán)接地點(diǎn)(4)設(shè)在射頻PCB (10)的上表面。
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種小型化GNSS通用導(dǎo)航天線，它包括饋線饋電點(diǎn)、短路環(huán)接地點(diǎn)、饋線、天線下蓋、金屬反射板、天線振子、振子支撐架、射頻PCB、有源放大電路及元件、屏蔽罩，饋線饋電點(diǎn)和短路環(huán)接地點(diǎn)之間設(shè)有天線短路環(huán)，天線短路環(huán)與射頻PCB相垂直，天線振子按照PIFA平面螺旋方式環(huán)繞并構(gòu)成平面螺旋臂，平面螺旋臂與射頻PCB平行，且平面螺旋臂與天線短路環(huán)相連接。本實(shí)用新型所得到的一種小型化GNSS通用導(dǎo)航天線，制作工藝簡單，成本低，能實(shí)現(xiàn)天線小型化，且輻射效率強(qiáng)，大大拓展了天線帶寬，且天線低仰角增益增大，有利于接收到更多衛(wèi)星的信號，并采用天線短路環(huán)實(shí)現(xiàn)阻抗匹配，使得頻率調(diào)整和阻抗調(diào)整相對獨(dú)立，調(diào)整方式簡單，有利于生產(chǎn)調(diào)試。
【IPC分類】H01Q1-36, H01Q1-50
【公開號】CN204464448
【申請?zhí)枴緾N201520081226
【發(fā)明人】徐廣成
【申請人】嘉善金昌電子有限公司
【公開日】2015年7月8日
【申請日】2015年2月5日