本發(fā)明涉及一種天線，特別是涉及一種小型多頻機(jī)載衛(wèi)星導(dǎo)航天線，屬于測量天線技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

隨著用戶對衛(wèi)星定位精度需求的提高，現(xiàn)有GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)的定位精度已不能滿足用戶高精度定位的需求。作為衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)中的關(guān)鍵部件，高精度定位天線技術(shù)已成為當(dāng)前急需解決的問題。

隨著北斗系統(tǒng)的不斷完善，各種應(yīng)用也在不斷增加，并朝著多系統(tǒng)、多模式的方向發(fā)展。衛(wèi)星導(dǎo)航天線的尺寸、大小、重量、功能和成本已日益成為天線設(shè)計師必須綜合考慮的問題。在保證天線功能的情況下，如何將天線做得尺寸更小、重量更輕、成本更低，已成為天線設(shè)計師爭奪的焦點。

衛(wèi)星導(dǎo)航定位天線是一種寬波束天線，要求天線在寬角域范圍內(nèi)具有較高的增益及穩(wěn)定的相位中心以及一定的抗干擾能力。并且尺寸越小越輕薄，越能快速占領(lǐng)市場。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明解決的問題是：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種高精度輕薄型衛(wèi)星導(dǎo)航天線，工作頻率能夠覆蓋GPSL1、L2、BDB1、B3衛(wèi)星導(dǎo)航頻段，具有寬頻帶、高增益、相位中心穩(wěn)定等特點。尺寸小，重量輕，免調(diào)試。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案是：

一種小型多頻機(jī)載衛(wèi)星導(dǎo)航天線，包括饋針、壓塊、天線罩、GPS天線印制板、第一BD天線印制板、第二BD天線印制板、隔板、射頻放大電路板、天線安裝框架、接插件和套筒；

螺釘依次將壓塊、GPS天線印制板、第一BD天線印制板、第二BD天線印制板、隔板和射頻放大電路板按照從上到下的順序，固定在天線安裝框架上，中部開口的天線罩設(shè)置在GPS天線印制板上，壓塊位于所述天線罩的中部開口處；

饋針為大頭針形式，饋針貫穿GPS天線印制板、第一BD天線印制板、第二BD天線印制板、隔板和射頻放大電路板，且饋針的大頭一端焊接在射頻放大電路板上,另一端與GPS天線印制板焊接；

套筒焊在射頻放大電路板上，接插件固定安裝在天線安裝框架上，接插件的內(nèi)芯深入套筒內(nèi)部。

所述GPS天線印制板與第一BD天線印制板接觸的一側(cè)表面覆銅，另一側(cè)的中部為圓環(huán)形覆銅，且在該圓環(huán)形敷銅的外側(cè)45°、135°、225°和315°的位置有矩形調(diào)諧齒，用于調(diào)節(jié)GPS工作頻率范圍，GPS天線印制板的介質(zhì)層采用TMM10材料。

所述GPS天線印制板的介質(zhì)層厚度為3.81mm，GPS天線印制板的外徑在35mm到40mm之間，內(nèi)徑在10mm到15mm之間，調(diào)諧齒的長度在2mm到5mm之間，寬度在2mm到3mm之間。

所述第一BD天線印制板與第二BD天線印制板接觸的一側(cè)表面覆銅，另一側(cè)的中部為圓形覆銅，且在該圓形敷銅的外側(cè)45°、135°、225°和315°的位置有矩形調(diào)諧齒，用于調(diào)節(jié)BD天線的工作頻率范圍，第一BD天線印制板的介質(zhì)層采用TMM6材料。

所述第一BD天線印制板的介質(zhì)層厚度為3.81mm，第一BD天線印制板的直徑在40mm到50mm之間，調(diào)諧齒的長度在4mm到7mm之間，寬度在0.5mm到1.5mm之間。

所述第二BD天線印制板與隔板接觸的一側(cè)表面覆銅，另一側(cè)的中部為圓環(huán)形覆銅，第二BD天線印制板的介質(zhì)層采用TMM6材料。

所述第二BD天線印制板的介質(zhì)層厚度為3.81mm，第二BD天線印制板的外徑在4mm到5mm之間，內(nèi)徑在2mm到3mm之間。

所述隔板、天線安裝框架和套筒為金屬材料，射頻放大電路板與隔板接觸的一側(cè)覆銅，另一側(cè)設(shè)置電路元器件。

GPS天線印制板上的圓環(huán)狀覆銅上設(shè)置有兩個饋針孔，一個饋針孔位于XOY坐標(biāo)系中的(-7.3mm，7.3mm)位置，另一個饋針孔位于位于XOY坐標(biāo)系中的(-7.3mm，-7.3mm)位位置，所述XOY坐標(biāo)系的原點為圓環(huán)狀覆銅的圓心，+X軸為0°方向，+Y軸為90°方向。

所述饋針長度在12mm到18mm之間。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的有益效果是：

(1)本發(fā)明采用雙端口探針饋電的方式，對上層GPS天線印制板進(jìn)行饋電?？梢愿纳铺炀€在寬角域范圍內(nèi)的輻射特性，提高天線在寬角域范圍內(nèi)的軸比特性、相位中心特性及抗干擾能力等。

(2)上層GPS天線印制板激勵輻射電磁波以后，通過耦合饋電的方式，可以激勵下層BD天線印制板輻射電磁波。耦合饋電的方式可以有效地擴(kuò)展天線帶寬。通過耦合饋電，并增加下層BD天線印制板介質(zhì)層的厚度，工作帶寬可完全覆蓋BDB1、B3頻段。而上層天線印制板覆蓋工作頻率GPSL1、L2，這樣整個天線就可以實現(xiàn)四個頻段同時工作，大大提高了系統(tǒng)的可靠性。

(3)本發(fā)明中輻射貼片采用圓形金屬片可以使得天線性能最優(yōu)。結(jié)構(gòu)簡單，外形美觀，適合批量生產(chǎn)。根據(jù)天線的工作頻率，輻射上貼片的外徑控制在35mm到40mm之間，內(nèi)徑控制在10mm到15mm之間。下層貼片的直徑控制在40mm到50mm之間?？紤]到天線結(jié)構(gòu)的可靠性，天線結(jié)構(gòu)除了四周四個螺釘固定之外，輻射上層貼片中間加一壓塊并用螺釘固定。壓塊的高度在4mm到6mm之間。為了應(yīng)對天線介質(zhì)板的介電常數(shù)偏差帶來的誤差影響，便于調(diào)試，上下層貼片四周均加了一定長度的矩形調(diào)諧齒。

(4)本發(fā)明為了減小天線的尺寸和重量，天線輻射上層貼片和下層貼片均采用高介電常數(shù)的印制板。這樣天線外形尺寸可以大大減小。而射頻接插件TNC和套筒的完美配合，使得低噪到射頻輸出口的距離大大減小，就等于接插件的高度。本發(fā)明高度方向不含接插件控制在25mm以內(nèi)，總高度在40mm以內(nèi)。長度方向在90mm到100mm之間，寬度方向在70mm到80mm之間。所以在尺寸和重量設(shè)計上是一個飛躍。經(jīng)過不斷優(yōu)化，將整個天線的重量控制在220g以內(nèi)，實測產(chǎn)品重量215g，比國外同類天線重量輕50g。

附圖說明

圖1為本發(fā)明小型多頻機(jī)載衛(wèi)星導(dǎo)航天線側(cè)視圖；

圖2為本發(fā)明小型多頻機(jī)載衛(wèi)星導(dǎo)航天線俯視圖；

圖3為本發(fā)明GPS天線印制板示意圖；

圖4為本發(fā)明第一BD天線印制板示意圖；

圖5為本發(fā)明第二BD天線印制板示意圖；

圖6為本發(fā)明用于同軸饋電的饋針示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式進(jìn)行進(jìn)一步的描述。

本發(fā)明設(shè)計了一種小型化多頻機(jī)載衛(wèi)星導(dǎo)航天線，可以用于無人機(jī)上的導(dǎo)航定位，實現(xiàn)多頻工作，覆蓋GPSL1、L2、BDB1、B3衛(wèi)星導(dǎo)航頻段；具備較寬的波束覆蓋范圍，增益高，體積小，重量輕，免調(diào)試，相位中心穩(wěn)定度高。廣泛應(yīng)用于各種定位測量系統(tǒng)中。

如圖1、2所示，本發(fā)明提供的小型多頻機(jī)載衛(wèi)星導(dǎo)航天線，包括饋針1、壓塊2、天線罩3、GPS天線印制板4、第一BD天線印制板5、第二BD天線印制板6、隔板7、射頻放大電路板8、天線安裝框架9、接插件10和套筒11。

螺釘依次將壓塊2、GPS天線印制板4、第一BD天線印制板5、第二BD天線印制板6、隔板7和射頻放大電路板8按照從上到下的順序，固定在天線安裝框架9上，中部開口的天線罩3設(shè)置在GPS天線印制板4上，壓塊2位于所述天線罩3的中部開口處。

天線罩(3)是跟GPS天線印制板(4)有一面接觸，而天線罩(3)的四周設(shè)置有四個螺釘，依次貫穿天線罩(3)、GPS天線印制板(4)、第一BD天線印制板(5)、第二BD天線印制板(6)、隔板(7)和射頻放大電路(8)，最終固定在天線安裝框架(9)上，將上述幾個部分緊固。

如圖1所示，天線罩3采用介電常數(shù)為2.2的聚四氟乙烯板加工而成。天線罩3的長度在在60mm到70mm之間，寬度在50mm到60mm之間。天線罩的主要作用是保護(hù)GPS天線印制板等。壓塊2的高度為4mm到5mm之間。

如圖6所示，饋針1為大頭針形式，饋針1貫穿GPS天線印制板4、第一BD天線印制板5、第二BD天線印制板6、隔板7和射頻放大電路板8，且饋針1的大頭一端焊接在射頻放大電路板8上,另一端與GPS天線印制板4焊接。

饋針1由黃銅加工制作而成。長度在12mm到18mm之間。采用大頭針形式的好處是，大頭的一側(cè)可以勾住射頻放大電路板8的焊盤，使得焊接更牢固。另一側(cè)較尖，可以有效地穿過射頻放大電路板8，隔板7、第二BD天線印制板6、第一BD天線印制板5、GPS天線印制板4并焊接牢固。饋針1的作用是實現(xiàn)射頻放大電路板8和GPS天線印制板4之間的射頻信號傳輸，也就是饋電。

如圖3所示，GPS天線印制板4與第一BD天線印制板5接觸的一側(cè)表面覆銅，另一側(cè)的中部為圓環(huán)形覆銅，且在該圓環(huán)形敷銅的外側(cè)45°、135°、225°和315°的位置有矩形調(diào)諧齒，用于調(diào)節(jié)GPS工作頻率范圍，GPS天線印制板4的介質(zhì)層采用TMM10材料。

GPS天線印制板4的介質(zhì)層厚度為3.81mm，GPS天線印制板4的外徑在35mm到40mm之間，內(nèi)徑在10mm到15mm之間，調(diào)諧齒的長度在2mm到5mm之間，寬度在2mm到3mm之間。

GPS天線印制板4的上下表面的金屬形狀通過腐蝕得到。調(diào)諧齒的作用在于：當(dāng)介質(zhì)層TMM10的介電常數(shù)偏離規(guī)定值較大時，會帶來誤差造成天線工作頻率發(fā)生偏移。通過切割調(diào)諧齒，使得天線工作頻率位于中心頻率。這樣天線的各項指標(biāo)最優(yōu)。

如圖4、圖5所示，第一BD天線印制板5與第二BD天線印制板6接觸的一側(cè)表面覆銅，另一側(cè)的中部為圓形覆銅，且在該圓形敷銅的外側(cè)45°、135°、225°和315°的位置有矩形調(diào)諧齒，用于調(diào)節(jié)BD天線的工作頻率范圍，第一BD天線印制板5的介質(zhì)層采用TMM6材料。

第一BD天線印制板5的介質(zhì)層厚度為3.81mm，第一BD天線印制板5的直徑在40mm到50mm之間，調(diào)諧齒的長度在4mm到7mm之間，寬度在0.5mm到1.5mm之間。

如圖5所示，第二BD天線印制板6與隔板7接觸的一側(cè)表面覆銅，另一側(cè)的中部為圓環(huán)形覆銅，第二BD天線印制板6的介質(zhì)層采用TMM6材料。

第二BD天線印制板6的介質(zhì)層厚度為3.81mm，第二BD天線印制板6的外徑在4mm到5mm之間，內(nèi)徑在2mm到3mm之間。其中第二BD天線印制板6的主要作用為金屬化孔接地，保證與BD1天線印制板5背面地良好接觸。

如圖4所示，第一BD天線印制板5和第二BD天線印制板6是兩層當(dāng)成一層來使用。因為要覆蓋BDB1、B3工作頻率，單層天線印制板帶寬無法滿足要求。為了擴(kuò)展帶寬，采用兩層TMM6的方式來擴(kuò)展帶寬。這樣各項指標(biāo)可以滿足系統(tǒng)要求。

套筒11焊接在射頻放大電路板8上，接插件10固定安裝在天線安裝框架9上，接插件10的內(nèi)芯深入套筒11內(nèi)部。

所述隔板7、天線安裝框架9和套筒11為金屬材料，射頻放大電路板8與隔板7接觸的一側(cè)覆銅，另一側(cè)設(shè)置電路元器件。

如圖1所示，射頻放大電路板8和隔板7的尺寸長度均在60mm到68mm之間，寬度在50mm到58mm之間。射頻放大電路板8的作用可以提高天線增益，保證整機(jī)天線具有高增益、高靈敏度、相位中心穩(wěn)定等優(yōu)點；隔板7的主要作用是保護(hù)射頻放大電路板8。隔板7將射頻放大電路板8和第二BD天線印制板6隔開。在天線安裝框架9的內(nèi)部空腔里填充吸波材料，可以有效避免自激，提高天線的電磁兼容性能。

GPS天線印制板4上的圓環(huán)狀覆銅上設(shè)置有兩個饋針孔，一個饋針孔位于XOY坐標(biāo)系中的(-7.3mm，7.3mm)位置，另一個饋針孔位于位于XOY坐標(biāo)系中的(-7.3mm，-7.3mm)位置，所述XOY坐標(biāo)系的原點為圓環(huán)狀覆銅的圓心，+X軸為0°方向，+Y軸為90°方向。

本設(shè)計采用雙端口同軸饋電的方式，可以改善天線在寬角域范圍內(nèi)的輻射特性，提高天線在寬角域范圍內(nèi)的軸比特性、相位中心特性及抗干擾能力等。GPS天線印制板4激勵起輻射電磁波以后，可以把能量耦合到第一BD天線印制板5上去，這樣第一BD天線印制板5也可以激勵起輻射電磁波信號。天線就可以實現(xiàn)四個頻段同時工作，大大提高了系統(tǒng)的可靠性。

實施例：

1、饋針1的高度為14.7mm。壓塊2的高度為4.4mm。

2、天線罩3的長度為68mm，寬度為60mm，內(nèi)徑為32mm。

3、GPS天線印制板4的外徑為38.4mm，內(nèi)徑為12.5mm；調(diào)諧齒長度為4mm，寬度為2.8mm。

4、第一BD天線印制板5的直徑為46mm，調(diào)諧齒長度為5.4mm，寬度為0.8mm。第二BD天線印制板6外徑為5mm，內(nèi)徑為2.6mm。

5、隔板7和射頻放大電路板8的長寬尺寸相同，長度均為66mm，寬度均為58mm。隔板7厚度0.5mm。

6、整機(jī)天線的尺寸為長度95.82mm，寬度76.2mm，高度方向不超過25mm(不含接插件等外圍突出部分)?？偢叨炔怀^40mm。國外同類天線的長度為119.4mm。本發(fā)明比國外同類天線要小。

經(jīng)過大量仿真及加工測試，該天線能夠充分覆蓋GPSL1、L2、BDB1、B3的頻率范圍，并且在-60°到+60°角域范圍內(nèi)相位中心穩(wěn)定度≤2.5mm。天線增益高于35dB，軸比≤4dB。增益與國外同類產(chǎn)品相當(dāng)，但是尺寸比國外的小，而且實測重量215g，比國外同類導(dǎo)航天線重量輕50g。由于重量輕，本發(fā)明可以多個天線組合使用，進(jìn)行復(fù)合定位，提高系統(tǒng)定位及測量精度。本發(fā)明產(chǎn)品已經(jīng)經(jīng)過飛行試驗考核，性能良好。

本發(fā)明說明書中未作詳細(xì)描述的內(nèi)容屬于本領(lǐng)域的公知技術(shù)。