采用空气介质的全球卫星导航终端天线的制作方法

本发明涉及天线技术，特别涉及卫星导航使用的天线。

背景技术：

卫星导航系统是指为地石，海洋，空间，以及太空的各种载体提供位置、速度、时间等资讯服务的专业系统。可实现对目标定位导航、监管、管理。它在国民经济中发挥着重要作用。

随着北斗导航系统的不断完善，目前国内已经能够接受GPS、北斗、GLONASS、伽利略四套卫星导航系统信号，卫星导航系统终端天线多采用微带天线，而微带天线是谐振式天线，工作频率比较窄，不得不采用双天线，采用叠层结构实现宽带覆盖，上面的天线覆盖高频段，下面天线覆盖低频段，上面的微带天线使用高介电常数的介质，下面的天线使用低介电常数的介质，由于两天线使用的介质介电常数不同，由介质基材引起的频漂也不同，因此两天线的相位中心很难做到与机械中心完全重合，从而引起测量误差，又由于这个误差是随机的很难消除。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是，提供一种低成本、性能好、重量轻、增益高、携带方便的，工作频率从1150MHz-1650MHz覆盖四导航系统的空气介质微带天线。

本发明解决所述技术问题采用的技术方案是，采用空气介质的全球卫星导航终端天线，其特征在于，包括至少4根耦合探针、辐射器和补偿单元，耦合探针、辐射器和补偿单元安装在底盘上；

所述耦合探针包括横向部分和纵向部分，耦合探针中，有4根探针的横向部分按照十字形分布设置，称为激励探针，每根激励探针的横向部分为十字形的一个臂，辐射器设置于激励探针的上方，环绕激励探针设置的金属部件构成补偿单元。

进一步的，激励探针的横向部分为正交设置。激励探针的横向部分为共面设置。

激励探针的纵向部分的一端连接横向部分，且与横向部分的连接端位于十字形的外侧(即远离中心的一侧)，另一端连接外部电路接口。激励探针的横向部分按照中心对称的方式设置。

所述补偿单元为按照圆周设置的12块金属板。

更进一步的，各部件的位置关系为：

设一个参考平面和一条垂直于该参考平面的参考轴线，

4根激励根探针围绕参考轴线设置，其横向部分皆平行于参考平面，纵向部分平行于参考轴线，横向部分与纵向部分的连接点位于横向部分的远离参考轴线的一侧；

辐射器为平行于参考平面的金属平板；

补偿单元为围绕参考轴线圆周设置的至少6块金属板，圆心在参考轴线上，各金属板皆垂直于参考平面。

方向定义：本文以底盘方向为下方，探针的横向部分位于底盘上方，辐射器位于探针上方。

本发明的有益效果是，简化了天线的工艺流程，降低了天线的成本，提高了天线系统的增益。

附图说明

图1为本发明外形结构图示意图。

图2为本发明外形结构侧视图。

图3为本发明外形结构激励器的剖面示意图。

图4为本发明的使用状态示意图。

图5为本发明的驻波特性曲线图。

图6为本发明的圆极化增益特性曲线图。

图7为本发明在1150MHz的方向图。

图8为本发明在1207MHz的方向图。

图9为本发明在1268MHz的方向图。

图10为本发明在1561MHz的方向图。

图11为本发明在1575MHz的方向图。

图12为本发明在1615MHz的方向图。

图13为本发明在1650MHz的方向图。

图14为本发明在1150MHz的轴比曲线图。

图15为本发明在1207MHz的轴比曲线图。

图16为本发明在1268MHz的轴比曲线图。

图17为本发明在1561MHz的轴比曲线图。

图18为本发明在1575MHz的轴比曲线图。

图19为本发明在1615MHz的轴比曲线图。

图20为本发明在1650MHz的轴比曲线图。

图21为采用本发明的北斗系统搜星测试结果示意图。

图22为采用本发明的GPS系统搜星测试结果示意图。

图23为采用本发明的Glonass系统搜星测试结果示意图。

具体实施方式

图中标号说明：

11 辐射器

12 激励探针纵向部分

13 激励探针横向部分

14 补偿单元

15 馈电网络

16 安装座

17 底盘

18 底盘上表面

19 天线罩

21 外部电路接口

本发明提供一种采用空气介质的全球卫星导航终端天线，包括至少4根耦合探针、辐射器和补偿单元，耦合探针、辐射器和补偿单元安装在底盘上；

所述耦合探针包括横向部分和纵向部分，耦合探针中，有4根探针的横向部分按照十字形分布设置，称为激励探针，每根激励探针的横向部分为十字形的一个臂(4个臂构成一个十字形)，辐射器设置于激励探针的上方，环绕激励探针设置的金属部件构成补偿单元。激励探针的横向部分为中心对称正交共面设置。激励探针的纵向部分的一端连接横向部分，且与横向部分的连接端位于十字形的外侧，另一端连接外部电路接口。

各部件的位置关系为：

设一个参考平面和一条垂直于该参考平面的参考轴线，

4根激励根探针围绕参考轴线设置，其横向部分皆平行于参考平面，纵向部分平行于参考轴线，横向部分与纵向部分的连接点位于横向部分的远离参考轴线的一侧；

辐射器为平行于参考平面的金属平板；

补偿单元为围绕参考轴线圆周设置的至少6块金属板(优选12块)，圆心在参考轴线上，各金属板皆垂直于参考平面。

参见图2、3，作为一个实施例，参数数值(单位：mm)：

a＝86 b＝36 c＝134 d＝10.5 f＝20 g＝3.2 h＝86 i＝100

由图5可知，天线在1150MHz-1650MHz的频带范围内驻波≤2，说明天线在宽带范围内具有良好的匹配特性。

由图6可知，天线的园极化的增益大于6dBic，说明设计的宽带微带天线增益已达到窄带微带天线的增益水平。

图7～图13为天线的方向图仿真结果，为了反应辐射特性的立体效果，每隔30°取样一次，共取样7次，由于每个频率的7个方向图可以看出它们的重合度相当好，说明该天线半球形方向图是圆对称，相位中心是稳定的

图14～图20为天线圆极化仿真结果，从图可以看出天线具有良好的低仰角圆极化特性，有利于抑制多路径效应。

图21～图23是本发明的试样天线在室外使用上海司南卫星导航技术股份有限公司的K708A三系统板卡进行搜星试验，搜索到北斗B1、GPSL1、GLONASS G1卫星导航信号。

图21中C01、C02、C03、C05、C07、C08、C12为我国北斗导航系统中B1、B2、B3的导航信号

图22中G01、G07、G08、G11、G17、G30为美国GPS导航系统中L1、L2、L5的卫星导航信号

图23中R09、R10、R19、R20、R21为俄罗斯GLONASS导航系统中L1、L2的卫星导航信号，收到信号的载噪比可达到50左右。

这足以证明本发明的采用空气介质的全球卫星导航终端天线已能兼容接收GPS、GLONASS和北斗卫星导航系统发射的信号，突出的解决了单一窄带微带天线，不能兼容接收其他卫星导航信号的技术难题。

本发明的天线具有体积小、重量轻、性能可靠、成本低、用途广泛等特点，适用于桥梁、尾矿、滑坡监测、高层建筑安全监测、大坝安全监测、驾考/培训系统、电力巡检、地物采集、精准农业、海洋监测、森林防火、轨道交通、高铁运输、关键设备的定位监控，通信导航等应用。