本发明涉及天线
技术领域：
，尤其涉及一种全球卫星导航系统(GNSS)接收天线，具体来说就是一种紧凑型高性能GNSS天线。
背景技术：
：GNSS的全称是全球导航卫星系统(GlobalNavigationSatelliteSystem)，它是泛指所有的卫星导航系统，包括全球的、区域的和增强的，例如美国的GPS(全球定位系统)、俄罗斯的GlONASS(俄罗斯的全球卫星导航系统)、欧洲的Galileo(伽利略，欧洲的全球卫星导航系统)、BEIDOU(中国的北斗卫星导航系统)，以及相关的增强系统，如美国的WAAS(广域增强系统)、欧洲的EGNOS(欧洲静地导航重叠系统)和日本的MSAS(多功能运输卫星增强系统)等，还涵盖在建和以后要建设的其他卫星导航系统。国际GNSS系统是个多系统、多层面、多模式的复杂组合系统。目前，利用小型卫星进行精确轨道测定(POD)时，需要使用航天GNSS(全球导航卫星系统)接收天线。为了满足小型卫星的精确轨道测定(POD)要求，GNSS接收天线应当在多个频带(例如，GPSL1、GPSL2、BEIDOUB1和BEIDOUB3等)具有非常高的左旋极化(LHCP)抑制和非常高的载波相位稳定。由于要应用于小型卫星，因此对GNSS接收天线的尺寸有严格限定。事实上，现有GNSS天线(尤其特定标准扼流环形GNSS天线)的设计能够满足电气性能的要求。但是，现有GNSS天线无法满足小型卫星对天线尺寸的要求，当GNSS天线的尺寸变小，可以安装在小型卫星内时，现有GNSS天线的设计很难满足电气性能的规定。因此，本领域技术人员亟需设计出一种新型的GNSS天线，在满足小型卫星对天线尺寸要求的同时，保证天线具有较好的电气性能。技术实现要素：有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种紧凑型高性能GNSS天线，解决了现有GNSS天线小型化后无法满足电气性能的问题。为了解决上述技术问题，本发明的具体实施方式提供一种紧凑型GNSS天线，包括：呈圆桶状的正交馈电天线，具有天线侧壁和天线底壁，用于形成一开放式谐振腔；短路支柱，其一端垂直设置于所述天线底壁的中心处；贴片，设置于所述短路支柱的另一端；多个馈电探针，设置于所述天线底壁和所述贴片之间；呈圆桶状的扼流环，具有扼流环侧壁和扼流环底壁，所述扼流环包围着所述天线侧壁和所述天线底壁，其中，所述扼流环侧壁的顶部低于所述天线侧壁的顶部。根据本发明的上述具体实施方式可知，紧凑型高性能GNSS天线至少具有以下有益效果：在开放式谐振腔内设置正交馈电贴片天线，扼流环外墙比内墙低，从而可以保证GNSS天线低高度下提高载波的相位稳定性；此外，扼流环两个侧壁的内、外壁均向内弯折，可以使GNSS天线更低；扼流环墙弯曲部分为斜面，可以增大工作带宽；馈电探针和贴片没有物理连接，可以实现电容耦合馈电及两个独立的工作带宽；应用多个内、外壁均向内弯折的扼流环可以进一步提高GNSS天线的电气性能。应了解的是，上述一般描述及以下具体实施方式仅为示例性及阐释性的，其并不能限制本发明所欲主张的范围。附图说明下面的所附附图是本发明的说明书的一部分，其绘示了本发明的示例实施例，所附附图与说明书的描述一起用来说明本发明的原理。图1为本发明具体实施方式提供的一种紧凑型高性能GNSS天线的实施例一的结构示意图；图2为本发明具体实施方式提供的一种紧凑型高性能GNSS天线的实施例二的结构示意图；图3为本发明具体实施方式提供的一种紧凑型高性能GNSS天线的实施例三的结构示意图；图4为本发明具体实施方式提供的一种紧凑型高性能GNSS天线的实施例四的结构示意图；图5为本发明具体实施方式提供的一种紧凑型高性能GNSS天线的实施例五的结构示意图；图6为本发明具体实施方式提供的一种紧凑型高性能GNSS天线的剖面立体视图；图7为本发明具体实施方式提供的一种紧凑型高性能GNSS天线的剖面正视图；图8为本发明具体实施方式提供的一种紧凑型高性能GNSS天线的产品图；图9为本发明具体实施方式提供的一种紧凑型高性能GNSS天线的测量反射系数曲线图；图10为本发明具体实施方式提供的一种紧凑型高性能GNSS天线的测量波束RHCP增益曲线图；图11A为本发明具体实施方式提供的一种紧凑型高性能GNSS天线工作在1227MHz时的测量归一化辐射曲线图；图11B为本发明具体实施方式提供的一种紧凑型高性能GNSS天线工作在1575MHz时的测量归一化辐射曲线图；图12A为本发明具体实施方式提供的一种紧凑型高性能GNSS天线工作在1227MHz时的测量空间轴比的曲线图；图12B为本发明具体实施方式提供的一种紧凑型高性能GNSS天线工作在1575MHz时的测量空间轴比的曲线图；具体实施方式为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面将以附图及详细叙述清楚说明本发明所揭示内容的精神，任何所属
技术领域：
技术人员在了解本
发明内容的实施例后，当可由本
发明内容所教示的技术，加以改变及修饰，其并不脱离本
发明内容的精神与范围。本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。另外，在附图及实施方式中所使用相同或类似标号的元件/构件是用来代表相同或类似部分。关于本文中所使用的“第一”、“第二”、…等，并非特别指称次序或顺位的意思，也非用以限定本发明，其仅为了区别以相同技术用语描述的元件或操作。关于本文中所使用的方向用语，例如：上、下、左、右、前或后等，仅是参考附图的方向。因此，使用的方向用语是用来说明并非用来限制本创作。关于本文中所使用的“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等等，均为开放性的用语，即意指包含但不限于。关于本文中所使用的“及/或”，包括所述事物的任一或全部组合。关于本文中所使用的用语“大致”、“约”等，用以修饰任何可以微变化的数量或误差，但这些微变化或误差并不会改变其本质。一般而言，此类用语所修饰的微变化或误差的范围在部分实施例中可为20％，在部分实施例中可为10％，在部分实施例中可为5％或是其他数值。本领域技术人员应当了解，前述提及的数值可依实际需求而调整，并不以此为限。某些用以描述本申请的用词将于下或在此说明书的别处讨论，以提供本领域技术人员在有关本申请的描述上额外的引导。图1为本发明具体实施方式提供的一种紧凑型高性能GNSS天线的实施例一的结构示意图；图2为本发明具体实施方式提供的一种紧凑型高性能GNSS天线的实施例二的结构示意图，如图1所示、图2所示，紧凑型GNSS天线具有正交馈电天线、短路支柱、贴片和多个馈电探针。扼流环(ChokingRing)的设置可以让GNSS天线获得良好的左旋极化抑制(LHCPradiationsuppression)。该附图所示的具体实施方式中，该GNSS天线包括：呈圆桶状的正交馈电天线10、短路支柱20、贴片30、多个馈电探针40和呈圆桶状的扼流环50，其中，正交馈电天线10呈圆桶状，正交馈电天线10具有天线侧壁101和天线底壁102，正交馈电天线10用于形成一开放式谐振腔；短路支柱20的一端垂直设置于所述天线底壁102的中心处；贴片30设置于所述短路支柱20的另一端；多个馈电探针40设置于所述天线底壁102和所述贴片30之间；呈圆桶状的扼流环50具有扼流环侧壁501和扼流环底壁503，所述扼流环50包围着所述天线侧壁101和所述天线底壁102，其中，所述扼流环侧壁501的顶部低于所述天线侧壁101的顶部。如图1所示、图2所示，GNSS天线具有非常好的载波稳定性，在实现GNSS天线小型化的同时，维持了GNSS天线的载波相位稳定性，本发明提供的GNSS天线可以应用于太空(如小型卫星等)，也可以应用于陆地机载(如无人机等)。在正交馈电天线10的外侧设置扼流环50可以很好地抑制左旋极化LHCP(left-handedcircularlypolarized)，保证GNSS天线具有良好的电气性能；扼流环侧壁501的顶部低于天线侧壁101的顶部，可以提高低仰角天线的载波相位偏差；扼流环50呈圆桶状，且具有扼流环侧壁501和扼流环底壁503，可以减小天线尺寸，同时提高载波相位偏差。为了满足需要，在整个波段内，LHCP抑制应当优于20dB。本发明的具体实施例中，所述扼流环50的个数为多个，多个所述扼流环50依次叠合后包围于所述正交馈电天线10的底部外侧(如图2所示)。图3为本发明具体实施方式提供的一种紧凑型高性能GNSS天线的实施例三的结构示意图，如图3所示，扼流环(ChokingRing)还具有：连接扼流环侧壁和扼流环底壁的扼流环倾斜壁，其中，扼流环倾斜壁具有内表面和呈倾斜设置的外表面。该附图所示的具体实施方式中，扼流环50还具有：连接所述扼流环侧壁501和所述扼流环底壁503的扼流环倾斜壁502，其中，扼流环倾斜壁502具有内表面5021和呈倾斜设置的外表面5022。扼流环倾斜壁502的内、外壁均向内弯折从而进一步减小天线尺寸，同时提高载波相位偏差。本发明的具体实施例中，扼流环倾斜壁502的外表面5022与水平面的夹角为45度；扼流环倾斜壁502的内表面5021呈圆桶状(图中未绘示)。或者，扼流环倾斜壁502的外表面5022和内表面5021与水平面的夹角均为45度。参见图3，在正交馈电天线10的外侧设置扼流环可以很好地抑制左旋极化LHCP(left-handedcircularlypolarized)，保证GNSS天线具有良好的电气性能。为了满足需要，在整个波段内，LHCP抑制应当优于20dB。外表面5022呈倾斜设置，可以改善带宽，进一步提高天线的电性能。再次参见图3，所述天线底壁102中心区域具有向下凹陷的圆桶状区域1021，所述圆桶状区域1021具有区域侧壁10211和区域底壁10212，围绕所述区域底壁10212的中心设置多个第一通孔，所述馈电探针40的一端抵靠于所述贴片30的下面，所述馈电探针40的另一端插设于所述第一通孔内。其中，区域底壁10212与扼流环底壁503接触，天线底壁102除了区域底壁10212之外的区域均不与扼流环底壁503接触；天线侧壁101与扼流环侧壁501不接触。图4为本发明具体实施方式提供的一种紧凑型高性能GNSS天线的实施例四的结构示意图，如图3，让馈电探针与天线底壁、贴片绝缘，从而实现电容耦合馈电，电容耦合馈电的引入不会增加阻抗带宽，但可以产生两个不同的工作波段，保证GNSS天线小型化的同时，维持GNSS天线的电气性能。该附图所示的具体实施方式中，该GNSS天线还包括上绝缘件70和下绝缘件80，上绝缘件70位于所述贴片30下表面上凸起的桶形凹槽内，上绝缘件70用于包裹所述馈电探针40的一端；下绝缘件80与所述上绝缘件70对应，下绝缘件80位于所述第一通孔和所述第二通孔内，下绝缘件80用于包围所述馈电探针40的另一端。本发明的具体实施例中，所述上绝缘件70和下绝缘件80的材质为聚酰亚胺。参见图4，由于扼流环50的引入，势必会增加GNSS天线的尺寸，为了让GNSS天线的尺寸满足应用要求，需要缩小正交馈电天线10的尺寸，最终将压缩开放式谐振腔的大小，这将导致更窄的阻抗带宽，这将限定GNSS天线的尺寸，同时发生波段冲突；为了保证GNSS天线的电气性能，让馈电探针与天线底壁、贴片绝缘，从而引入电容耦合馈电，可以产生两个不同的工作波段，实现GNSS天线小型化的同时，保证GNSS天线的电气性能。为了获得更加的电气性能，在保证GNSS天线的尺寸满足要求的情况下，可以在GNSS天线中设置多个扼流环50，多个所述扼流环50可以依次套在设置于所述正交馈电天线10的外面，即从内到外扼流环50内径越来越大，从而实现套合的效果，如图2所示。再次参见图4，GNSS天线还包括桶形套环90，其中，桶形套环90包围所述下绝缘件80，桶形套环90与所述第二通孔对应设置，用于增强所述馈电探针40的稳定性。图5为本发明具体实施方式提供的一种紧凑型高性能GNSS天线的实施例五的结构示意图，如图5所示，在扼流环的下面设置一个馈电网络盖，可以保证馈电网络不受损害，延长GNSS天线的使用寿命。该附图所示的具体实施方式中，该GNSS天线还包括馈电网络盖60，馈电网络盖60设置于所述扼流环底壁503的底部。为了满足小型卫星的要求，所述馈电网络盖60底部所在的平面与所述天线侧壁501上沿形成的平面之间的距离小于55毫米；所述扼流环侧壁501的直径小于等于150毫米；GNSS天线可以适用于GPSL1/L2波段和北斗B1/B3波段；GNSS天线的整体尺寸小于150×150×55立方毫米；对于10度以上的天顶角(包括80度的天顶角(zenithangle))，载波相位误差的均方根(RMS)小于1毫米。参见图5，在扼流环50的下面设置一个馈电网络盖60，能够覆盖馈电探针40的端口，可以保证使用过程馈电网络不受损害，延长GNSS天线的使用寿命。图6为本发明具体实施方式提供的一种紧凑型高性能GNSS天线的剖面立体视图；图7为本发明具体实施方式提供的一种紧凑型高性能GNSS天线的剖面正视图；图8为本发明具体实施方式提供的一种紧凑型高性能GNSS天线的产品图，如图6、图7、图8所示，紧凑型GNSS天线主要包括两大部分，一部分是天线主体，另外一部分是正交馈电网络。正交馈电网络向天线主体提供正交信号，天线主体将正交信号发射出去。天线主体和正交馈电网络分别设计，然后组装在一起形成GNSS天线。天线主体包括：一个贴片(patch)；一个带有短路支柱(shortingpost)的正交馈电天线，该正交馈电天线形成一个开放式谐振腔(opencavity)；四对聚酰亚胺绝缘件(polyimidestoppers)，每个馈电探针(feedingprobe)两端的绝缘件为一对；一个具有扼流环倾斜壁的扼流环(chokering)；一个馈电网络盖(feedingnetworkcover)。GNSS天线的整体尺寸为150×150×55立方毫米；GNSS天线的材质为铝合金，GNSS天线的整体重量为420克。GNSS天线的优先几何参数如下表1所示，表1为图7所示的GNSS天线的优先几何参数。表1参数degmsnhi数值(毫米)1501301.587.2712552.2参数cflkabwj数值(毫米)5.4572.8322.49.712.31307图9为本发明具体实施方式提供的一种紧凑型高性能GNSS天线的测量反射系数曲线图，图10为本发明具体实施方式提供的一种紧凑型高性能GNSS天线的测量波束RHCP增益曲线图，如图9、图10所示，四个工作波段的天线反射效率均在-20dB以下，利用SATIMO系统测量天线，测量波束增益如图10所示，测量波束增益在GPSL2波段、北斗B3波段、北斗B2波段、GPSL1波段分别为6.4dBi、6.4dBi、6.8dBi、6.8dBi。由于正交馈电网络损耗及失谱(mismatching)的原因，测量波束增益比模拟量小1dB左右。图11A为本发明具体实施方式提供的一种紧凑型高性能GNSS天线工作在1227MHz时的测量归一化辐射曲线图；图11B为本发明具体实施方式提供的一种紧凑型高性能GNSS天线工作在1575MHz时的测量归一化辐射曲线图，如图11A、图11B所示，GNSS天线工作在GPSL2波段时，LHCP抑制为25.9dB；GNSS天线工作在GPSL1波段时，LHCP抑制为23.5dB，测量结果稍微比模拟量好点。图12A为本发明具体实施方式提供的一种紧凑型高性能GNSS天线工作在1227MHz时的测量空间轴比的曲线图；图12B为本发明具体实施方式提供的一种紧凑型高性能GNSS天线工作在1575MHz时的测量空间轴比的曲线图，如图12A、图12B所示，对于仰角大于10度(θ的取值范围为-80度～80度，φ的取值范围为-80度～80度)时，GNSS天线工作在GPSL2波段时，测量空间轴比(measuredspatialaxisratio)优于1.8dB；GNSS天线工作在GPSL1波段时，测量空间轴比优于3.5dB。下述表2为GNSS天线工作在四个波段上的测量辐射性能(measuredradiationperformance)，通过表2可以看出，与模拟量相比，测量LHCP抑制略好，并且测量空间轴向比和载波相位误差恶化，但仍然能够满足要求。例如，GNSS天线工作在GPSL2波段时的最大载波相位误差为3.55度/2.41毫米，对应载波相位误差的均方根是0.98度/0.67毫米；GNSS天线工作在BeidouB3波段时的最大载波相位误差为3.20度/2.10毫米，对应载波相位误差的均方根是0.90度/0.60毫米。载波相位误差在BeidouB1波段和GPSL1波段更好，在BeidouB1波段和GPSL1波段的载波相位误差分别为2.41度/1.29毫米和2.50度/1.32毫米，在BeidouB1波段和GPSL1波段的载波相位误差均方根分别为0.68度/0.36毫米和0.69度/0.36毫米。表2为通过测量本发明的GNSS天线得到的辐射性能汇总。表2本发明提供的GNSS天线能够实现好的电气性能，尤其在LHCP抑制和相位中心稳定方便表现突出，满足GNSS系统精确定位的需求。同时，本发明提供的GNSS天线的体积小，与现有大体积GNSS天线相比，电气性能相同或近似。以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，在不脱离本发明的构思和原则的前提下，任何本领域的技术人员所做出的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。当前第1页1 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