小型化抗多径平面缝隙螺旋天线制造技术

本发明专利技术涉及卫星导航定位天线领域，尤其涉及一种小型化抗多径平面缝隙螺旋天线，包括具有基座的3D扼流圈，所述3D扼流圈的顶部中心设置有天线主体，所述天线主体的下侧面上设置有输入端口与天线主体依次耦合馈电实现圆极化辐射特性的馈电网络，所述馈电网络的输出端与有源电路的输入端相连接，所述天线主体、馈电网络及有源电路集成一起并经同轴引线与设置于3D扼流圈基座上的TNC接口相连接，位于3D扼流圈外还罩设有下端与基座匹配固定的天线外罩。该小型化抗多径平面缝隙螺旋天线不仅结构紧凑，而且在有限的尺寸下，保证天线的抗多径性能及相位中心稳定。

【技术实现步骤摘要】
小型化抗多径平面缝隙螺旋天线
本专利技术涉及卫星导航定位天线领域，尤其涉及一种小型化抗多径平面缝隙螺旋天线。
技术介绍
随着卫星导航定位技术的不断发展，人们对定位精度的要求越来越高，尤其在测量测绘领域，精度要求达到毫米级。卫星信号接收机的最核心部分是测量型天线，天线接收卫星信号的能力强弱严重影响到卫星测量精度的好坏，而多径信号和相位中心波动就是影响测量精度的两大误差源。对于天线相位偏差的研究，从GPS开始从来就没有停止过。国内外目前已应用于实践的高精度天线，一般分为两类：一类是采用轴对称多馈电方式的微带天线，馈源越多，轴对称越准确，其相位越稳定。在双频天线中馈电网络越复杂，它的结构也会很复杂，且因为使用微带贴片模式，所以带宽较窄。为了增加带宽，一般使用四馈点馈电技术。这种类型的天线如Trimble公司的Eyphyr天线；另一类是使用螺旋天线，这样可以方便地实现圆极化，辐射性能优越。它具有非变频特性，并且带宽较宽，可以轻松覆盖GNSS频段，体积小，增益高，容易制作多臂数、高对称性的天线，典型应用是采用风火轮技术的平面缝隙螺旋天线，如加拿大Novatel公司的GPS-600系列天线。多径效应信号是指卫星直达信号传播过程中经过高地山丘、房屋、江河湖泊等环境时，被反射产生的信号。多径信号的相位延迟、幅度变化均会影响测距精度。为了降低多径的影响，国内外学者致力于抑制多径技术的研究，如加载扼流圈技术，短路环天线等。天线加载扼流圈设计，则接地板呈现高阻表面特性以抑制表面波，随着扼流圈技术的更新迭代，已经由最初的二维发展到三维扼流圈，研究结果表明3维扼流圈表现出优秀的抗多径效应能力，且该结构的相位稳定性良好。传统的3D扼流圈天线采用微带贴片天线与3D扼流圈基座组成，天线体积较大，剖面高，无法胜任空间有限的应用场景。因此，需要一种小型化抗多径天线。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种小型化抗多径平面缝隙螺旋天线，不仅结构紧凑，而且在有限的尺寸下，保证天线的抗多径性能及相位中心稳定。本专利技术的技术方案在于：一种小型化抗多径平面缝隙螺旋天线，包括具有基座的3D扼流圈，所述3D扼流圈的顶部中心设置有天线主体，所述天线主体的下侧面上设置有输入端口与天线主体依次耦合馈电实现圆极化辐射特性的馈电网络，所述馈电网络的输出端与有源电路的输入端相连接，所述天线主体、馈电网络及有源电路集成一起并经同轴引线与设置于3D扼流圈基座上的TNC接口相连接，位于3D扼流圈外还罩设有下端与基座匹配固定的天线外罩。进一步地，所述3D扼流圈包括设置于基座上的基座底板，所述基座底板上自内而外依次设置有3~5个高度逐渐降低的同心圆筒，相邻两同心圆筒之间的仰角变化范围为10°至50°。进一步地，所述基座底板上自内而外依次设置有高度逐渐降低的第一同心圆筒、第二同心圆筒及第三同心圆筒，所述天线主体设置于第一同心圆筒的顶部中心。进一步地，所述第二同心圆筒上沿周向间隔90°设置有四个第一矩形缝隙缺口，所述第三同心圆筒上沿周向间隔90°设置有四个第二矩形缝隙缺口，所述第一矩形缝隙缺口和第二矩形缝隙缺口的位置依次错开45°。进一步地，所述天线主体由金属地、用于激励低频信号的第一平面缝隙螺旋天线及用于激励高频信号的第二平面缝隙螺旋天线组成。进一步地，所述第一平面缝隙螺旋天线和第二平面缝隙螺旋天线分别为四臂平面缝隙螺旋天线，所述四臂平面缝隙螺旋天线由四条结构相同的缝隙螺旋单元按同一方向等间距螺旋组成。进一步地，所述缝隙螺旋单元是开路臂或短路臂或包括开路短臂任意组合，缝隙螺旋单元设置有臂宽，缝隙螺旋单元的臂宽为等臂宽或呈渐变形式。进一步地，所述馈电网络为串行行波微带馈电电路，馈电网络的输出端与串行微带线相连接，馈电网络的末端连接匹配有电阻或短路。进一步地，所述馈电网络为并联馈电式电路，并由三组威尔金森功分器或三组90°相位3dB耦合器组成。进一步地，所述有源电路为三级放大电路并结合有多级滤波。与现有技术相比较，本专利技术具有以下优点：该小型化抗多径平面缝隙螺旋天线，不仅结构紧凑，而且在有限的尺寸下，保证天线的抗多径性能及相位中心稳定。可以方便实现圆极化，辐射性能优越，频带宽，可轻松覆盖GNSS频段，满足卫星导航精密测量的实际要求。附图说明图1为本专利技术的结构示意图；图2为本专利技术的去除天线外罩后的结构示意图；图3为本专利技术的3D扼流圈结构示意图；图4为本专利技术的天线主体的俯视图；图5为本专利技术的天线主体的仰视图；图6为本专利技术的天线在1.268GHz处的增益方向图；图7为本专利技术的天线在1.575GHz处的增益方向图。具体实施方式为让本专利技术的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图，作详细说明如下，但本专利技术并不限于此。参考图1至图7一种小型化抗多径平面缝隙螺旋天线，包括具有基座40的3D扼流圈30，所述3D扼流圈的顶部中心设置有天线主体20，所述天线主体的下侧面上设置有输入端口与天线主体依次耦合馈电实现圆极化辐射特性的馈电网络60，所述馈电网络的输出端61与有源电路的输入端相连接实现信号放大，所述天线主体、馈电网络及有源电路集成一起并经同轴引线与设置于3D扼流圈基座上的TNC接口50相连接。位于3D扼流圈外还罩设有下端与基座匹配固定的天线外罩10，以便用于收纳天线主体。本实施例中，所述3D扼流圈包括设置于基座上且外侧缘用于与天线外罩的下端固定的基座底板34，所述基座底板上自内而外依次设置有3~5个高度逐渐降低的同心圆筒，整体呈金字塔型，相邻两同心圆筒之间的仰角变化范围为10°至50°。本实施例中，同心圆筒的高为槽深，所述槽深为1/4λ0左右（λ0为导航接收频率的电信号波长），使扼流圈表面呈现高阻抗特性，防止在其表面形成表面波，达到抑制多径效应的目的；相邻两个同心圆筒之间的距离为槽宽，所述槽宽为十分之一波长左右；同心圆筒的壁厚度为槽壁宽，所述槽壁宽为十分之一槽宽左右。在一最佳实施例中，所述基座底板上自内而外依次设置有高度逐渐降低的第一同心圆筒31、第二同心圆筒32及第三同心圆筒33，整体呈金字塔型，所述天线主体设置于第一同心圆筒的顶部中心。所述第一同心圆槽31充当导电环作用，用于改善天线的低仰角接收性能。所述第一同心圆筒与第二同心圆筒之间的仰角及第二同心圆筒与第三同心圆筒之间的仰角变化范围分别为10°至50°，最佳仰角分别为30°。本实施例中，所述第二同心圆筒上沿周向间隔90°设置有四个第一矩形缝隙缺口35，所述第三同心圆筒上沿周向间隔90°设置有四个第二矩形缝隙缺口36，所述第一矩形缝隙缺口和第二矩形缝隙缺口的位置依次错开45°。本实施例中，所述天线主体由设置于第一同心圆槽顶部的金属地21、用于激励低频信号的第一平面缝隙螺旋天线22及用于激励高频信号的第二平面缝隙螺旋天线23组成。本实施例中，所述第一平面缝隙螺旋天线和第二平面缝隙螺旋天线分别为四臂平面缝隙螺旋天线，所述四臂平面缝隙螺旋天线由四条结构相同的缝隙螺旋单元按同一方向等间距螺旋组成。本实施例中，所述缝隙螺旋单元是开路臂或短路臂或包括开路短臂任意组合，缝隙螺旋单元设置有臂宽，缝隙螺旋单元的臂宽为等臂宽或呈渐变形式，其臂宽对称渐变方式可拓宽增益带宽。本实施例中，所述馈电网络为串行行波微带馈电电路并设置于金属地的下侧面上本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种小型化抗多径平面缝隙螺旋天线，包括具有基座的3D扼流圈，其特征在于，所述3D扼流圈的顶部中心设置有天线主体，所述天线主体的下侧面上设置有输入端口与天线主体依次耦合馈电实现圆极化辐射特性的馈电网络，所述馈电网络的输出端与有源电路的输入端相连接，所述天线主体、馈电网络及有源电路集成一起并经同轴引线与设置于3D扼流圈基座上的TNC接口相连接，位于3D扼流圈外还罩设有下端与基座匹配固定的天线外罩。

【技术特征摘要】
1.一种小型化抗多径平面缝隙螺旋天线，包括具有基座的3D扼流圈，其特征在于，所述3D扼流圈的顶部中心设置有天线主体，所述天线主体的下侧面上设置有输入端口与天线主体依次耦合馈电实现圆极化辐射特性的馈电网络，所述馈电网络的输出端与有源电路的输入端相连接，所述天线主体、馈电网络及有源电路集成一起并经同轴引线与设置于3D扼流圈基座上的TNC接口相连接，位于3D扼流圈外还罩设有下端与基座匹配固定的天线外罩。2.根据权利要求1所述的小型化抗多径平面缝隙螺旋天线，其特征在于，所述3D扼流圈包括设置于基座上的基座底板，所述基座底板上自内而外依次设置有3~5个高度逐渐降低的同心圆筒，相邻两同心圆筒之间的仰角变化范围为10°至50°。3.根据权利要求2所述的小型化抗多径平面缝隙螺旋天线，其特征在于，所述基座底板上自内而外依次设置有高度逐渐降低的第一同心圆筒、第二同心圆筒及第三同心圆筒，所述天线主体设置于第一同心圆筒的顶部中心。4.根据权利要求3所述的小型化抗多径平面缝隙螺旋天线，其特征在于，所述第二同心圆筒上沿周向间隔90°设置有四个第一矩形缝隙缺口，所述第三同心圆筒上沿周向间隔90°设置有四个第二矩形缝隙缺口，所述第一矩形缝隙缺口和第二矩形缝隙缺口的位...

【专利技术属性】
技术研发人员：余之喜，赖泽恒，杨华炜，
申请(专利权)人：福建福大北斗通信科技有限公司，
类型：发明
国别省市：福建,35