【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于通信器件相关领域，更具体地，涉及一种小型化海面定位信息接收装置。
技术介绍
1、近些年来，随着卫星通信全球定位系统(gps)和北斗导航系统(bdstart)的迅猛发展，应用的领域也越来越广泛。天线作为卫星通信的收发电磁波的部件，在整个卫星系统中起着举足轻重的作用。
2、l波段被广泛应用于卫星通信中的dab(数字音频广播)和卫星导航系统，这些系统依赖l波段的稳定性和可靠性来实现高效的数据传输和导航定位功能。圆极化天线作为目前的主流的l波段卫星天线，以其较好的旋向正交性、优秀的抗多径干扰能力和信号覆盖范围广等特点，被广泛应用于卫星以及其他领域。从上世纪六七十年代开始，大量的科研人员采用新材料和新的架构来实现更好的圆极化，直至目前已衍生出多种圆极化卫星天线。
3、全向圆极化天线能够向各个方向均匀地发射和接收信号，从而提供广泛的信号覆盖范围，这使得它在需要全方位通信的场景中(如卫星通信、遥感遥测等)具有显著优势。同时当它作为接收天线时能够接收任意极化形式的电磁波，从而避免了因极化失配造成的能量损失。这一特性使得全向圆极化天线在接收来自不同方向、不同极化状态的信号时具有更高的效率和可靠性。此外，它还具有抑制多径干扰和抗法拉第旋转效应等优点。
4、然而，进一步的研究表明，当全向圆极化天线应用至海洋通信之类的特定场合时，仍具备以下的缺陷或不足：
5、首先，现有技术中的全向圆极化天线通常只能在一个特定的频段内工作，这限制了其通信的灵活性；而且由于单频段天线仅支持一个频段，当通信频段发
6、其次，全向天线在各个方向均匀辐射信号，这导致其在特定方向上的增益相对较低；相比之下，定向天线可以集中能量在特定方向上，从而提供更高的增益。相应地，在需要远距离通信或高速数据传输的特定场景中，现有技术的全向天线无法达到期望的工作效能；
7、最后，考虑到运用至海洋环境时，全向天线可能浸没在海水中而且通常配备有防水罩，这导致了它在水-空气的跨介质空间中辐射特征会减弱，现有技术的全向天线对此缺乏有效的解决手段。
技术实现思路
1、针对现有技术的以上缺陷或需求中的一种或者多种，本专利技术提供了一种小型化海面定位信息接收装置，其中充分结合通信天线在海洋环境下的工作特性及具体需求，通过对其整体构造组成及其关键设计参数和工作机理等方面重新作出研究和改进，不仅能够使得天线在固定频率范围内有多个谐振点，实现多频段覆盖，而且还确保天线阵列与外部环境具有良好的阻抗匹配，最大程度地减少了反射功率，同时在添加防水罩的情况下仍然可以保持较好的辐射特征，因而尤其适用于海面定位信息接收之类的应用场合。
2、为实现上述目的，按照本专利技术，提供一种小型化海面定位信息接收装置，其特征在于，该装置呈圆柱腔体与圆台体组合而成的主体结构，并构成包括辐射单元、阻抗匹配元件和馈电元件的圆极化全向天线，其中：
3、所述辐射单元具有三组并列的x形缝隙，它们沿着轴向方向依次开设在所述圆柱腔体的腔壁上，所述圆柱腔体的内部对应设置有介电材料构成的填充段；其中，位于天线尾端的第一组x形缝隙与其相邻的第二组x形缝隙之间的中心间距被设定为小于所述第二组x形缝隙与位于天线首端的第三组x形缝隙之间的中心间距；
4、所述阻抗匹配元件由三段不同直径的圆柱共同连接而成，其同轴安装在所述主体结构的圆柱腔体内部，用于将所述馈电元件与所述介电材料构成的填充段执行匹配安装；其中，这三段同轴安装的圆柱在所述填充段与所述馈电元件之间呈直径逐段增大的变化形式；
5、所述馈电元件安装在所述主体结构的圆台体内部，并且它呈与所述阻抗匹配元件保持同轴的圆台锥形。
6、作为本专利技术的进一步优选，对于所述辐射单元而言，各组所述x形缝隙中的两条缝隙相互垂直并且具备90°的相位差。
7、作为本专利技术的进一步优选，对于所述辐射单元而言，各组所述x形缝隙优选沿着所述主体结构的圆柱中心角度间隔β/4而布置，其中β代表中等波长。
8、作为本专利技术的进一步优选，对于所述辐射单元而言，各组所述x形缝隙中的各个缝隙的长度h优选被设计为其中β代表中等波长。
9、作为本专利技术的进一步优选，对于所述阻抗匹配元件而言，所述三段同轴安装的圆柱的直径比优选被设计为7:9:11。
10、作为本专利技术的进一步优选，对于所述阻抗匹配元件而言，所述三段同轴安装的圆柱的长度比优选被设计为1:1:1。
11、作为本专利技术的进一步优选，对于所述馈电元件而言，它的上下底面的直径比优选被设计为等于所述主体结构的最小直径与最大直径的比值。
12、作为本专利技术的进一步优选，上述小型化海面定位信息接收装置优选用作北斗导航系统的l波段卫星天线。
13、总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，主要具备以下技术优点：
14、(1)本专利技术对双频圆极化天线的整体构造组成及其关键设计参数等方面重新作出了研究和改进，其中通过采用圆形波导谐振腔辐射电磁波以及x形缝隙来实现耦合，使得天线在固定频率范围内有多个谐振点，并且可调整缝隙对的间距以及渐变形同轴匹配段的尺寸，确保天线在l波段卫星的上行链路与下行链路均实现正常工作，实现了多频道覆盖；
15、(2)本专利技术通过将第一组x形缝隙与第二组x形缝隙之间的间距设计为小于第二组x形缝隙与第三组x形缝隙之间的间距，能够更好地起到匹配负载的作用，在辐射电磁波段的基础上消除了同轴圆柱缩短端的反射波，提高了天线的增益，保持了天线的行波结构，因此本专利技术在固定频段内具有较低的轴比且能保持稳定的高增益；
16、(3)本专利技术通过设计三段直径不同且逐段增大的同轴阻抗匹配，使得天线阵列能够与外部环境有良好的阻抗匹配，最大程度地减少了反射功率，提高了能量利用率，相应即便在海洋通信之类的恶劣工况下，也能够有效降低信号传输过程中的损耗，提升系统性能；
17、(4)本专利技术的馈电元件末端采用的是圆柱中心馈电，且柱面的直径较小，这样便于组成天线线阵，进一步提升该天线的增益和波束宽度；此外，由于本专利技术的辐射腔体为圆柱形，其全向辐射能力大大增强，在具备良好防水性能的前提下，该天线在海水表面等效于一个定向卫通天线，并且可通过调节其浮标的浸没深度来达到较好的波束宽度；
18、(5)本专利技术的双频圆极化天线具备结构紧凑、便于操控等优点，并便于耦合馈电无电感和电容等元器件，天线后期的调试也更加简单，成本更低，适用于大规模生产，因而尤其作为海面定位信息接收装置并用于北斗导航系统的l波段卫星通信场合。
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1.一种小型化海面定位信息接收装置，其特征在于，该装置呈圆柱腔体与圆台体组合而成的主体结构，并构成包括辐射单元、阻抗匹配元件和馈电元件的圆极化全向天线，其中：
2.如权利要求1所述的小型化海面定位信息接收装置，其特征在于，对于所述辐射单元而言，各组所述X形缝隙中的两条缝隙相互垂直并且具备90°的相位差。
3.如权利要求2所述的小型化海面定位信息接收装置，其特征在于，对于所述辐射单元而言，各组所述X形缝隙优选沿着所述主体结构的圆柱中心角度间隔β/4而布置，其中β代表中等波长。
4.如权利要求3所述的小型化海面定位信息接收装置，其特征在于，对于所述辐射单元而言，各组所述X形缝隙中的各个缝隙的长度H优选被设计为其中β代表中等波长。
5.如权利要求1-4任意一项所述的小型化海面定位信息接收装置，其特征在于，对于所述阻抗匹配元件而言，所述三段同轴安装的圆柱的直径比优选被设计为7:9:11。
6.如权利要求5所述的小型化海面定位信息接收装置，其特征在于，对于所述阻抗匹配元件而言，所述三段同轴安装的圆柱的长度比优选被设计为1:1:1。
7.如权利要求1-6任意一项所述的小型化海面定位信息接收装置，其特征在于，对于所述馈电元件而言，它的上下底面的直径比优选被设计为等于所述主体结构的最小直径与最大直径的比值。
8.如权利要求1-7任意一项所述的小型化海面定位信息接收装置，其特征在于，上述小型化海面定位信息接收装置优选用作北斗导航系统的L波段卫星天线。
...【技术特征摘要】
1.一种小型化海面定位信息接收装置，其特征在于，该装置呈圆柱腔体与圆台体组合而成的主体结构，并构成包括辐射单元、阻抗匹配元件和馈电元件的圆极化全向天线，其中：
2.如权利要求1所述的小型化海面定位信息接收装置，其特征在于，对于所述辐射单元而言，各组所述x形缝隙中的两条缝隙相互垂直并且具备90°的相位差。
3.如权利要求2所述的小型化海面定位信息接收装置，其特征在于，对于所述辐射单元而言，各组所述x形缝隙优选沿着所述主体结构的圆柱中心角度间隔β/4而布置，其中β代表中等波长。
4.如权利要求3所述的小型化海面定位信息接收装置，其特征在于，对于所述辐射单元而言，各组所述x形缝隙中的各个缝隙的长度h优选被设计为其中β代表中等波长。...
【专利技术属性】
技术研发人员：黄麟舒，刘有志，李洪科，项顺祥，顾睿文，李荃，谢旭，攸阳，廖晗，
申请(专利权)人：中国人民解放军海军工程大学，
类型：发明
国别省市：
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