一种微波衰减型高稳相、高精度GNSS测量型天线及设备的制作方法

文档序号:11262974
一种微波衰减型高稳相、高精度GNSS测量型天线及设备的制造方法与工艺

本发明涉及通信技术领域,尤其涉及全球导航卫星系统终端接收机的一种微波衰减型高稳相,高精度GNSS测量型天线及设备。



背景技术:

全球卫星导航系统(Global Navigation Satellite System,GNSS)是以卫星为基础的无线电导航定位系统,具有全能性(海、陆、空、天)、全球性、全天候、连续性和实时性的导航、定位和定时的功能;并能为各用户提供实时动态精密的三维空间坐标、速度和时间。GNSS又称天基PNT(position、navigation、 timing)或PNOT(position、navigation、orientation、timing)系统,业已成为国家重大的空间和信息化基础设施,也成为体现现代化大国地位和国家综合国力的重要标志。它将成为继移动通信和互联网之后的全球第三个发展得最快的电子信息产业的经济新增长点。

导航卫星发射信号包括载波、测距码和数据码,常称为导航电文。接收机将导航电文进行信息处理转换为位置、速度和时间的7维信息,完成导航、定位并提供时间基准。导航定位接收机是卫星导航产业中所有应用的基础,接收机天线是接收机重要而核心设备。随着应用的普及与深入,对接收机系统定位精度的要求越来越高,一种载波相位测量型接收机可实现cm乃至mm量级的定位精度,其天线是该接收机不可或缺的关键设备,对提高GNSS的载波相位测量精度起着十分关键的作用。

在GPS早期,单频伪距码定位的GPS-L1(C/A码)接收机天线多采用微带贴片和四臂螺旋天线。随着双频GPS差分应用,出现了双层微带贴片天线,这类天线通过微带介质板的层叠解决了GPS-L1和GPS-L2双频点应用,但不能完全满足多频宽带应用要求。再有微带天线辐射同时会产生表面波,由于表面波的激励和辐射使微带天线辐射方向图的前后比、圆对称性和广角圆极化特性都难以改进提高。这类天线抗多径能力和相位中心稳定性均较差,很难满足高精度载波测量要求。

之后,为抑制表面波提出了双短路圆环的圆形微带贴片天线,在GPS-L1、 L2获得了明显的效果。该设计并没有脱离谐振概念,应用到多频、宽带仍有困难。当今多元化的星基资源,面对多星并存、共用的应用环境和高精度测量要求的应用来说,单独微带天线显得多有不足。

2002年NovAtel Inc.(专利号:US-6445354-B1),首先研制出用于L1频段的风火轮状天线(‘High Performance GPS Pinwheel Antenna’)达到稳定的辐射相心和对多径信号的一定抑制,满足了载波相位测量的要求。典型产品为 GPS-601。后来,NovAtel Inc.又研制了适合GNSS的宽带接收机天线,典型产品为GPS-704X。从实测结果看,704X天线增益指标在全频段内不均衡,低端增益比高端低近3dB,这对实现全频段的GNSS信号接收,特别是对我国BD-2 信号接收是有明显影响的。

并且,微弱信号接收极易受到天线周围环境的影响,导航定位接收机天线不仅接收卫星发送的直达信号,还接收经反射、散射进入的间接信号。一般将间接信号称为多径信号。多径信号直接造成接收机伪距测量值或载波相位测量值偏差,导致定位精度和定位稳定性下降。多径误差是GNSS接收机定位的主要误差源之一。多径干扰已成为进一步提高接收机定位精度、稳定性和可靠性必须突破的难题。GNSS接收机对多径信号处理大致分为空域和时域两类。接收机时域处理主要是抑制多径信号的影响,常用的有窄相关法、波形分解法,快速迭代最大似然算法(FIMLA),多径估计延迟锁相环法等,这需要占有更多的资源,使接收机设备复杂冗余。这有背于接收机的小型化、轻量化、减低功耗、降低成本的目标,而且对于天线周围反射等引起的时延小于1/15个码片长度的情况,接收机尚不能有效处理。

此时,为了提高接收机系统抗多径的能力,对于接收机单天线目前应用最多的则是加扼流环(Choke-Ring)形式,利用扼流圈表面阻抗呈现高阻抗特性来抑制表面波。采用2D/3D扼流圈可以有效地提高单天线的前后比。F/B的提高对抑制多径、提高抗干扰能力是十分有利的。TOPCON推出了应用于 GPS-L1和L2的平面(2D)扼流环CR-3和CR-4天线。为了适应多星并存和共用, NovAtel Inc.推出了带3D扼流环的天线,Nov-GNSS-750-X,该天线不带罩的直径为380mm,高度不低于200mm,重量达7.6kg。之后,TOPCON又推出了带半球散射柱的TPSPN.A5天线,其直径413.8mm,高288mm,重量不低于7.6kg。 (NovAtel-750X天线)。无论是扼流圈,还是半球散射体,它们的引入大大增加了单元天线的尺寸,重量,成本的增加也不可避免。而且扼流环的设计是基于环口呈现高阻抗来抑制杂散辐射。这种作用机制是与频率有关的,要进一步扩展频带,或进一步提高抑制能力是受限的。国内也有类似的3D扼流圈天线。无论从国内还是国外这类GNSS高精度测量型天线同质化倾向严重,带有同样的问题,体大、质沉、成本高也是共同的缺点。上个世纪末出现了对人工介质新材料的研究热点,提出了应用人工光晶带隙(PBG)和电磁带隙(EBG)材料,设计其止带于天线需要抑制的频带上,以阻止表面波及其杂波的传播和辐射影响。由于它是一种周期结构材料,一般其尺寸和体积受限后,很难达到预期效果,所以这种材料在高精度测量天线中应用并不普遍。近年Trimble研制出Geodetic Zephyr-2天线,它在接地板上涂覆了雷达隐身材料,形成了高阻抗吸收表面,以抑制杂波辐射。这个天线高度降低了,其口径直径仍有340mm,重量约1.6kg。近年来有一种把在接地板上形成截止波衰减的设计理念应用到了高精度测量型GNSS接收机天线设计中(见专利号: 20150284770.8),发明了一种体小,质轻的高精度测量型天线,初获得一些可喜结果。但该天线结构较复杂,相心空间归一性还有待进一步改进。

然而,从应用角度出发,除小型、轻量、低成本要求之外,天线相位中心的偏离(差)(PCO)、天线相位中心的变化(PCV)以及群延迟的变化已成为未来更高精度GNSS测量的影响因素,如何找到一种更优良的相位和相频特性、更简单、更轻、更小、成本更低廉的高性能天线,成为亟待解决的问题。



技术实现要素:

针对上述问题中存在的不足之处,本申请提供一种微波衰减型GNSS的高稳相,高精度测量型天线及设备。天线特性更优于目前主流的3D扼流圈天线,在整个GNSS工作频段,基本实现了相心空间归一(在GNSS带内PCO的空间离差≈1mm),相心离散度(PCV(1σ)小于0.5mm,具有更均匀的相位和相频特性,实现了前后比F/B>30dB的超强抗多径性能、且天线尺寸更小、质量更轻、结构更简单、成本更低。本发明天线的优良性能已全面超过了当今应用的一流的同类天线,本申请的天线会以崭新的方式作为GNSS接收机天线高端市场和未来更高要求应用的首选。

本申请第一方面提供一种微波衰减型高稳相,高精度GNSS测量型天线。所述天线主要由半开口圆腔的扇面十字振子组件和抑径板与微波衰减板组件组成。半开口圆腔扇面十字振子组件主要包括扇面十字振子和半开口圆腔,抑径板和微波衰减板组件主要包括抑径板和微波衰减板。所述半开口圆腔上设置支撑组件,所述支撑组件位于所述半开口圆腔的腔底的中央区域,且所述支撑组件包括4个支撑柱体;所述扇面十字振子设置于所述支撑组件的顶部,所述扇面十字振子包括4个单元振子,每一个单元振子安装于一个所述支撑柱体的顶部;其中,所述扇面十字振子的设置高度与所述半开口圆腔的深度和直径可通过调节确定,力争构成预期的平口径面辐射;所述扇面十字振子的顶部设置所述引向板,所述引向板与所述扇面十字振子通过一介质圆环绝缘共轴安装;所述抑径板以一定的间距、同轴安装于半开口圆腔的下底部,微波衰减板紧靠所述抑径板下底面,同轴安装;所述极化隔离功分模块设置于所述微波衰减板的底部。

在一种可能的实现方式中,所述扇面十字振子中任一单元振子为1个折弯成钝角的扇形金属角片(组成),4个单元振子置于一水平面内,水平中心线两两正交。单元振子高度小于λ/4,属于宽带,矮小振子设计。

在一种可能的实现方式中,调整中心十字扇面振子的支撑高度,调节所述半开口圆腔的直径和深度,以控制口面辐射场的幅值及相位分布,使上半空间辐射方向图特性基本达到预定的方向图赋形要求。

在一种可能的实现方式中,所述半开口圆腔在环形开口处等间距设置了缝槽;调整缝槽的间距和缝槽的长度,来抑制残余杂波环电流的生成及辐射。

在一种可能的实现方式中,所述抑径板的直径略大于所述半开口圆腔直径的金属板,作为第一道防线抑制(多径和)杂波辐射的干扰。

在一种可能的实现方式中,所述微波衰减板是在微波介质板上,中心对称地印制了一些宽窄大小不等的金属贴片,利用微波电阻把这些贴片在径向方向连接起来。这样,分布的微带贴片和集总参数微波电阻串、并联组成一个渐变的磁性高阻抗表面。微波衰减板与接地板(抑径板)组合成一个独立的结构模块,进一步抑制杂波的传输和辐射,有效地实现了对多径信号的衰减和抑制。

在一种可能的实现方式中,所述极化隔离功分模块实质上是一个 3dB/90°微波Hybrid组件。它有两个输入端口和两个输出端口;其中,两个输入端口分别与所述支撑组件的同轴芯线相连,一个输出端输出RHCP信号的与接收机相连,另一输出端连上50Ω吸收电阻,以吸收LHCP信号。

在一种可能的实现方式中,所述四支撑组件兼作RF同轴线,其中2个为馈电同轴线,另两个为辅助同轴线;二馈电同轴馈线的内导体延伸跨接于对侧支撑柱体兼作辅助同轴线的内导体上,二对侧支撑柱体辅助同轴线为终端开路的短路同轴线(其特性阻抗并非50Ω同轴线),通过该同轴线的感性端阻抗与搭接在该同轴线端头的内导体与兼作外导体的柱体端形成的容性阻抗,调谐至串联谐振,搭接线与连接在对侧支撑柱体上的扇面振子短路,实现了微波连接,形成二对称单元振子的0°/180°的平衡馈电。二馈电同轴线中心线上适当位置还有一段直径不同于中心线的阻抗匹配段,与对侧形成的RF短截线和分布电抗共同作用,无须外接匹配网络,实现了馈电同轴线对50Ω同轴线的自匹配。

在一种可能的实现方式中,所述天线还包括低噪声信号模块它与所述的极化隔离功分模块的RHCP输出段连接构成有源天线。

在一种可能的实现方式中,所述天线还包括天线罩;其中,所述天线罩用于保护天线本体。

在一种可能的实现方式中,所述天线可用作高精度测量型GNSS用户兼容接收机天线或网络RTK基站天线或有高精度定位需求的GNSS接收系统。即可推广至有类似要求的无线电接收系统等。

本申请第二方面为接收机提供高稳相、高精度测量型的射频(RF)前端,或提供一种高精度测量型设备,包括如上任意一项所述的高精度测量型天线。

本申请能够实现在整个GNSS工作频段,天线增益大于7dBic;±60°角域, 覆盖增益高于1dBic;±70°角域,RHCP圆极化轴比,AR≤2dB;前后比 F/B>30dB的圆对称理想方向图、相心空间归一(在整个GNSS带内PCO的空间离差≈1mm),相心离散度(PCV(1σ)小于1mm,具有更均匀的相位和相频特性;且天线尺寸更小、质量更轻、结构更简单、成本更低。本发明天线的优良性能已全面超过了当今应用的一流的同类天线,本发明天线会以崭新的方式作为GNSS接收机天线高端市场和未来更高要求应用的首选。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种高精度测量型天线的剖面示意图;

图2a为本发明实施例提供的一种高精度测量型天线的局部剖面示意图;

图2b为本发明实施例提供的一种高精度测量型天线的俯视示意图;

图3a为本发明实施例提供的一种抑径板的俯视示意图;

图3b为本发明实施例提供的一种抑径板的仰视示意图;

图4a为本发明实施例提供的一种微波衰减板的俯视示意图;图4b为本发明实施例提供的一种微波衰减板的仰视示意图。附图中:天线罩1,引向板2,扇面十字振子3,半开口圆腔4,抑径板5,微波衰减板6,极化隔离功分模块 7,射频接头8,LNA模块9

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,下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例是本发明的一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。

本发明实施例拟在不增加接收机配置,不采用多天线单元处理系统和自适应天线,也不采用2D/3D扼流环结构(因为这种设计会造成天线体积、重量和成本明显增加,不适宜小型化、轻量化和低成本的设计目标)的情况下,仅用单天线,通过设计理念和设计方法的更新,综合出新型的高精度测量型的GNSS接收机天线。提高相位中心稳定性和相心的空间归一性,在满足高端应用需求的条件下,尽量做到更简单、更小型、高轻量、更高可靠、更低成本。以崭新的设计理念,创造出全新的天线,更好地适应未来高要求。

本发明实施例采用十字扇面振子与半开口园腔组件共同形成平口径辐射源,利用馈源辐射的设计理念,实现了导航终端接收机天线理想方向图、相心空间归一(在整个GNSS导航频段,PCO空间位置随频率最大差仅1mm)、相心离散度(PCV(1σ)小于1mm,十分均匀的相位和相频特性。本发明实施同时设计了一种微波衰减板,与抑径板共同作用有效地消除边缘绕射及杂散辐射干扰的影响,可以是使单天线在整个卫星导航频段的方向图的前后比 (F/B)达到30dB以上,大大提高了抗多径干扰能力。

本发明实施例天线一实施例的计算机仿真剖析数据可进一步说明各组成的作用和效能。按其功能本发明天线分为:(1)半开口圆腔十字扇面振子组件;(2)抑径板;(3)微波衰减板组件。利用Ansof HFSS软件对本发明天线实施例的计算机仿真结果见下表:以BD-2-B1/B2,GPS-L1/L2为例,说明它们各自在方向图赋形和抑制多径干扰的作用和效能。

上表中,G0、G60为0°方向、±60°角域的天线增益;Δ70°是在±70°角域内天线相位方向图与球等相位面的相位极差;PCO,Z表示天线(等效)平均相位中心的空间位置;由于天线的对称性,在与天线轴垂直面内的偏差非常小, 基本置于中心轴上,所以仅标出了与等效辐射中心的轴向距离,Z。AR代表了在覆盖角域(±70°)内天线圆极化轴比。F/B是天线前后比,为0°方向增益与180°方向增益之比。可以看出:

(1)半开口圆腔扇面十字振子作为本天线的主辐射单元组件,通过方向图赋形设计,基本实现了GNSS测量型天线上半空间的主要辐射性能(包括增益、方向图覆盖角域、极化和相位特性)。这是本发明天线的基础,说明首次采用十字扇面圆极化振子与圆波导H11模激励组合形成本天线的主辐射单元的设计理念是正确可用的。基本满足了GNSS测量型天线上半空间辐射波束的要求,特别需要指出的是本发明天线通过组合口径的幅度和相位分布控制,使空间相位方向图在±70°角域内,与理想球面的相位极差Δ≤1°,十分地接近理想球面波,表明主辐射单元相位中心空间归一性十分地优良。但由于半开口圆腔扇面十字振子的口径边缘绕射和散射,造成辐射方向图后向辐射较大,使方向图前后比,特别是GPS-L2/BD-B2的F/B-仅有16dB,这对抑制多径和干扰、稳定相位单靠本发明天线的主辐射单元是十分不够,必须增加组合措施。

(2)增加有限尺度的接地板可以抑制部分后向散射场,计算机仿真结果表明,距离圆腔底面9mm、直径Φ160mm的抑径板可使GPS-L2/BD-B2频段的前后比F/B从16dB提高到24dB,但受频率限制接地板对GPS-L1/BD-B1 的前后比的提高就不那么明显。

(3)再加上微波衰减板的组合效果就十分明显,该天线抑径板和微波衰减板组件共同作用,前后比与单有主辐射单元提高近20dB,在整个GNSS导航频段的前后比F/B可达到30dB以上,而且这对天线上半空间的辐射性能基本不产生明显的负面影响。这对抑制多径和杂散干扰、稳定相位中心特性是有显著效果的。

此外,高极化隔离及极化滤波特性使本发明实施例的天线独有抑制前向多径和干扰的特质,对于紧靠城市高大建筑和树丛中的CORS参考站接收机系统具有独到的益处,保证复杂环境下直达波接收质量。且天线小型、轻量、简单、低成本是目前同类天线无法比拟的。该天线与高精度测量型兼容接收机配用可实现cm或mm量级的实时动态监测的定位精度,是高端接收机, CORS基站重要的核心设备之一。特别当今国家‘一带一路’战略,我们需要把具有自主知识产权的创新型产品和服务走出国门服务世界,满足应用要求,创造出中国的世界品牌。

下面结合附图,对本发明实施例进行详细说明。

图1为本发明实施例提供的一种高精度测量型天线的剖面示意图。如图1所示,所述天线包括扇面十字振子3、半开口圆腔4、抑径板5、微波衰减板6、引向板2以及极化隔离功分模块7。

具体地,所述半开口圆腔4上设置支撑组件,所述支撑组件位于所述半开口圆腔的腔底的中央区域,且所述支撑组件包括4个支撑(圆)柱体;所述扇面十字振子3设置于所述支撑组件的顶部,所述扇面十字振子包括4个单元振子,且每一个单元振子安装于一个所述支撑(圆)柱体的顶部;其中,所述扇面十字振子3的设置高度与所述半开口圆腔的深度和直径通过调整确定,形成(构成)平口径辐射圆腔;所述扇面十字振子3的顶部设置所述引向板2,它用来微调天线的阻抗和方向图,所述引向板2与所述扇面十字振子通过介质圆环绝缘共轴安装;所述抑径板5间隔预定距离设置于所述半开口圆腔4的底部,所述微波衰减板6设置于所述抑径板5的底部,所述极化隔离功分模块7设置于所述微波衰减板6的底部。

在一个例子中,如图1所示,该天线的直径为219.4mm,带天线罩高度为 110mm。

在一个例子中,所述扇面十字振子中任一单元振子为1个折弯成133°钝角、扇面角为90°的金属角片,且4个单元振子水平放置,(距腔底高度 H=34mm)其水平中心线两两正交。

在一个例子中,所述支撑组件安装于半开口圆腔4中央,在工作频段内,扇面十字振子形成RHCP的圆极化辐射,同时也使圆波导激励出H11基模。

在一个实施例中,半开口圆腔4直径为140mm,腔高30mm,扇面振子高 34mm,十字扇面振子3激励出圆极化初级场和圆波导中激励出圆极化的H11 圆波导基模场共同形成的平口径面辐射场,该口径场分布逼近于园波导中的 H11模圆极化场。由于结构对称,其场分布也中心对称。通过扇面振子几何尺寸(振子形状、扇面角)和半开口圆腔尺寸(腔直径、腔深)的调整,可控制辐射方向图的瓣宽,达到预期的方向图赋形要求;并同时控制其口面相位分布,使其在覆盖角域内辐射相位随空间角基本不变(在GNSS频段,± 70°角域,相位离差≤2°)近似为一球面波,而且随频率其等效球心也基本不变(在GNSS频段,PCO空间位置随频率变化可小于1mm)。达到了稳相天线设计要求,而且维持了小型、轻量的技术限制。

在一个例子中,所述半开口圆腔在环形开口处等间距设置了8个缝槽、缝宽2mm;调整缝槽的间距和缝槽的长度,来抑制残余杂波环电流的生成。原则上,缝间距〈λ/4,缝长≈λ/4,可实现最佳的环边电流抑制以阻止后向 180°方向的纺锤形后瓣的形成。

进一步,半开口圆腔4对十字扇面振子3的空间辐射场起到了方向图赋形的作用。该半开口圆腔4导体边界条件赋形辐射方向图,形成有适当波束宽度的园极化半球波束。半开口圆腔4边缘等间距的开了一组缝槽,使开口边缘每一段长度都远小于λ/4,缝槽长度尽量接近λ/4,能有效地阻止开口边缘的环电流生成。调整其缝槽个数和长度,除减少边缘绕射外,还可以把残余环电流形成的180°方向的纺垂直形后瓣最大限度地被抑制。最终形成形似的辐射方向图。n等于1以上的任何数,由设计确定。

在一个例子中,所述抑径板的直径D=160mm,略大于所述半开口圆腔的直径,与半开口圆腔下底面距9mm,作为抑制多径和干扰的第一道防线,在满足在小型、轻量的约束条件下,调整与圆腔底部的距离使抑制杂波辐射的效能达到最优。

在一个例子中,所述微波衰减板由中心对称分布的微带传输线和集总参数微波元器件串、并联组成,以形成渐变的磁性高阻抗表面,进一步衰减杂波和多径信号的传输和辐射。

需要说明的是,微波衰减板是一个重要创新,其创新性成果表现于采用抑径板和微波衰减板组件(直径不超过200mm,厚度不超过4mm的特制微波板组件)代替了大而重的3D扼流圈,实现了对杂散辐射和干扰的有效抑制,

需要说明的是,一个无限大的金属平板安装在辐射振子下面适当位置可以把下半空间辐射完全抑制,形成理想的半球波束。本发明实施例中的天线受尺寸限制,抑径板尺寸有限。如何实现无限大抑径板的作用,这就是本发明实施例天线的创新所在。本发明实施例天线在距半开口圆腔4底部适当距离上同轴安装了一个直径稍比腔径大的金属平板。

在一个实施例子中,半开口圆腔4直径=140mm,由于小型化、轻量化限制,该抑径板5的距半开口圆腔底部9mm间距,直径=160mm;在抑径板5 下面紧接着有一个特别设计的直径=200mm微波衰减板6。抑径板和微波衰减板分别印制于一个厚度h=2mm,εr=2.55的FR4双面微波介质板上,介质板上表面印制有直径=160mm的抑径板;其下表面为微波衰减板,印制有中心对称分布金属贴片群。如图3a和图3b所示,微波衰减板上的贴片通过之间的集总电阻将它们串联,该微波衰减板6是一个重要创新,它由中心对称分布的微带传输线和集总参数微波元器件串、并联组成,形成一个阻抗渐变的高阻抗吸收表面。

在波达到抑径板5的边缘,由于不连续,它会把残余微波能量散射和绕射到空间,形成对辐射干扰。微波衰减板6它把残存电磁波引导到它上面来,继续传输,使从它那里经过的波被衰减,不再向空间辐射;同时又是一个阻抗渐变器,在波能量被吸收的同时不产生反射。

图2a为本发明实施例提供的一种高精度测量型天线的局部剖面示意图,图2b为本发明实施例提供的一种高精度测量型天线的俯视示意图。如图2a所示,抑径板5和微波衰减板6的直径可以为200mm;从引向板2与微波衰减板6之间的高度可以为58mm。

如图2b所示,支撑组件包括4个支撑柱体,一个支撑柱体与一个扇面振子相连;半开口圆腔4的缝槽间隔一段距离设置。

下面图3a-3b是一个实施例抑径板示意图。在次对抑径板进行简单说明,图3a为本发明实施例提供的一种抑径板的俯视示意图,该抑径板的金属层是采用了一个εr=2.55,h=2mm的微波介质板上通过印制成形的。图3b为本发明实施例提供的一种抑径板的仰视示意图。如图3a所示,301,非金属化通孔,直径可以为2.7mm;302,非金属化通孔,直径可以为2.7mm;303,表示直径可以为160mm;304,表示直径可以为27.8mm;305,表示直径在27.8mm与直径160mm之间的区域保留金属铜箔,其他部分去掉金属铜箔。

下面以图4a-4b为例,对微波衰减板进行说明。图4a为本发明实施例提供的一种微波衰减板的俯视示意图,图中微带线贴片是采用微波印制的方式或敷着于抑径板微波介质板的背面,或单独地附着于另一微波介质板上。之间的微波电阻焊接于各贴片的适当位置。为了保护微波衰减板电路,其上附着了一层介质板。本实施例中选择了与抑径板相同的介质覆盖板。这两层介质板在边缘用螺钉紧固连接。图4b为本发明实施例提供的一种微波衰减板的仰视示意图。介质板上对应安装电阻位置切除小凹槽,使两板能无缝合龙。

如图4b所示,微波衰减板的直径可以为200mm;401,表示48处沉槽1mm;微波衰减板的两面都全部去掉金属铜箔。

另一种实施例中,微波衰减板由一组金属贴片在带地介质板上周期性排列得到。顶层金属贴片与金属接地板之间通过集总电阻把它两相连,构成二维高阻表面,抑制表面波及杂波辐射。同样为了保护微波衰减板电路,也可附着了一层介质板。

在一个例子中,所述极化隔离功分模块包括两个输入端口和两个输出端口;其中,两个输入端口分别与所述支撑组件的同轴芯线相连,一个输出端输出RHCP信号的与接收机相连,另一输出端连上50Ω吸收电阻,以吸收LHCP 信号。

此时,本发明实施例能够不用微带馈电网络对振子形成四点圆极化自匹配馈电。与振子相连的四个支撑柱体除支撑外,其中两个兼作同轴馈线。馈线内导体跨接于对侧支撑杆上,与对侧振子形成0°/180°的平衡馈电‘balun’。兼作馈线的二支撑杆底端的同轴芯线(内导体)在园腔底部引出与3dB/90°极化隔离功分模块7的二个输入端相连。四支持圆柱和3dB功分网络构成中心辐射单元4振子的宽带圆极化四点馈电。通过独有的展宽频带设计和电容、电感谐振阻抗补偿技术,在没有外置匹配网络的情况下,实现了馈电的宽带自匹配。在1.1-1.7MHz带内,端口驻波比VSWR可控在≦1.3以内。在四个扇形振子的顶部有一个作为引向器的金属平板,即引向板2,通过环形介质垫(抑径板5)与扇面十字振子3共轴绝缘安装,进一步调整其辐射方向图及阻抗特性;引(抑)向板2可以对方向图和阻抗进行微调,使之达到最佳。

本发明实施例实现了天线的双极化特性,具有一般单天线没有的极化滤波特性。3dB/90°极化隔离功分装置有4个端口,两个入端分别与支撑柱体中电缆内芯相连,其余两个输出端,一个输出RHCP信号的与接收机相连,另一出端连上50Ω吸收电阻,它把由此引出的LHCP信号吸收。这个功分网络不同于一般的3dB功分器,它不仅实现功率分配和90°移相外,还能对正交极化分量LHCP吸收,阻止对接收机直达信号的干扰;进一步提高本发明实施例天线的抗多径性能。

在一个例子中,所述支撑组件的2个支撑柱体兼作同轴馈线,馈线内导体跨接于对侧支撑柱体的内导体上,对侧支撑柱体为开路的短路同轴线,通过该同轴线呈现的感性端阻抗与搭接在该同轴线内导体与外导体间形成的容性阻抗,调谐至串联谐振,实现了搭接线与对侧振子的微波连接,形成0°/180°的平衡馈电。其中,二馈电同轴线中心线上适当位置有一段直径不同于中心线的阻抗匹配段,与对侧形成的RF短截线和分布电抗共同作用,无须外接匹配网络,实现了本发明天线馈电同轴线对50Ω同轴线的自匹配。

在一个例子中,所述天线还包括低噪声信号模块;其中,所述低噪声信号模块和所述极化功分模块构成有源天线。

在该步骤中,本发明实施例中的天线既可作为无源天线使用,又可与预选滤波器和LNA组合形成有源天线;作为无源天线时由极化隔离功分模块7 的一个输出端RHCP直接接到RF输出口8引出;作为有源天线,极化隔离功分模块7的一个输出端RHCP与滤波器和LNA模块9连接,LNA模块9输出端连到RF输出口,再由一个电缆线与接收机相连。

在一个例子中,所述天线还包括天线罩;其中,所述天线罩用于保护天线本体。

本发明实施例的天线有一个由玻璃刚纤维复合材料构成的透波天线罩1, 通过底部法兰的螺钉与天线微波衰减板组件6连接。该天线罩1保护天线本体,避免与外界的直接接触,增加了天线抗碰撞、抗振动、抗冲击的能力。通过密封垫圈还隔离了雨淋、沙尘、湿气、盐碱等,符合GJB150的有关规定。

此外,本发明实施例的天线仅通过接天线罩1底板上一密封插座(TNC (F))与接收机RF连接;同时仅通过罩底部中心的螺孔(5/8-11)与天线支撑杆相连。

在一个例子中,所述天线可用作高精度测量型GNSS用户兼容接收机天线或网络RTK基站天线或有高精度定位需求的GNSS接收系统。即可推广至有类似要求的无线电接收系统等。

本申请第二方面提供一种高精度测量型设备,包括如上任意一项所述的高精度测量型天线。

本发明实施例中的天线有别于短路圆环圆形微带贴片天线、也有别于国内外使用的2D/3D扼流环天线和TOPCON的半球散射体的GNSS接收天线,也不同于Trimble的Zephyr-2天线。首创的微波衰减板组件与抑径板共同作用替代了国内、外常用的3D-扼流圈,结构简单、轻小、低成本;且用高效平口面馈源设计理念,实现了天线稳定相心,相心空间归一的相频特性。

本发明实施例中的天线,具有以下有益效果:

1,抑制多径及干扰的途径和方法与此前的完全不同。没有采用短路圆环圆形微带贴片天线,也没有采用广泛使用的2D/3D扼流环结构。本发明实施例的天线是创造性地设计了微波衰减板组件,并把微波衰减板与抑径板有机地结合,在抑径板下面紧贴安装微波衰减板组件,通过微波衰减板组件再次对通过它的波能量衰减,阻止其辐射,有效地抑制了表面波及杂波干扰,提高了天线抗多径干扰的效能。与Choke Ring环天线相比,本天线结构更轻巧、更紧凑,更低成本,还具有更优的相心稳定,且空间归一性;

2,半球波束辐射不是利用一般的辐射单元加金属接地板形成,而是通过半开口圆环腔扇面十字振子实现。通过对半开口园腔直径和腔深的调整,调整振子场与波导模间的交联,使其达到预定波束宽度的半球波束。它不仅实现了方向图的赋形。本发明实施例的天线属矮小天线、完全中心对称结构,加之平口径面辐射有益于稳定的相位中心和相心空间归一性,使其该发明天线具有更优的相频特性和稳定的辐射相心;

3,完全中心对称结构带来辐射方向图圆对称性和广角圆极化性。在整个导航频段(1.1-1.7GHz)内,基本实现了全空间单一波瓣、无电平超过-30dB的旁后瓣,在30dB范围内实现单一RHCP主极化覆盖,形成心脏形半球RHCP 圆极化波束;

4,采用上述方案进一步的有益效果是:无需调配网络实现天线宽带自匹配。本发明天线中心辐射单元由4个正交的宽带扇面振子组成,属于短、矮天线,通过独有的展宽频带设计和电容、电感谐振阻抗补偿技术,在没有外置匹配网络的情况下,实现了馈电的宽带自匹配。在1.1-1.7MHz带内,端口驻波比VSWR可控在≦1.2。完全满足了多星共用的多频、多模应用要求;

5,采用上述方案进一步的有益效果是:减低了馈电损耗、实现了极化滤波。本发明实施例的天线显著特点是馈电网络没有采用微波介质板网络,而是用同轴0°/180°的馈电‘Balun’+3dB/90°极化隔离功分装置构成。本发明实施例的天线独有的圆极化馈电装置,不仅实现对辐射中心单元形成四点圆极化馈电,还能隔离交叉极化(LHCP)分量。该馈电装置独有的特征是结构紧凑,集成度高,馈电RF损耗低,而且易与天线和接收机集成。

本发明实施例中天线相对于同类的天线具有以下有益效果:

1,无需调配的宽带振子设计使天线具有宽频带适合于与多星、多模GNSS 兼容接收机配用。微带贴片天线和四臂螺旋天线是普通常用的GPS接收机天线,均属谐振型天线,适合单频或窄带工作。本发明实施例中的天线实现了宽带自匹配特性,即无需外加调配网络,在1.1GHz-1.6GHz带内,VSWR可小于1.2:1;

2,完全的中心对称设计使天线方向图具有良好的圆对称性和良好的广角圆极化特性。本发明实施例的天线为完全的中心圆对称结构,辐射方向图圆对称,在±60°的工作角域内,圆不对称性≤±0.5dB;广角圆极化,在±60°的工作角域内,AR≤2dB;

3,本发明实施例的天线的显著特征是创造性地设计了微波衰减板组件,有效地抑制了多径及干扰,并使天线变得更轻,更小,更简单。该衰减板组件由中心对称的微带线与集总参数的微波元器件串、并联组成,形成了一个阻抗渐变的高阻抗接地面,它与接地板组合有效地抑制了多径和杂波、表面波等的对接收场的干扰。大大抑制了多径效应,实现了方向图的高滚降、高前后比和良好的广角圆极化特性。这不仅达到了使用Ckoke环的抗多径效果,而且在频带展宽和结构轻小、紧凑方面优于Choke环天线;

4,本发明实施例的天线又一显著特征是:有十分稳定的辐射相位中心。在整个导航频段内,相心离散度PCV(1σ)小于1mm,而且相心随频率基本保持不变,有更好的相频特性,更小的群延迟变化能够满足更高精度载波相位测量型接收机天线的更高需求;

5,本发明实施例天线的突出点在于:天线具有双圆极化特性。天线的馈电装置不仅实现对中心辐射单元的四点RHCP圆极化馈电,还为前向一次反射和散射提供与接收机隔离的反旋LHCP通道,这独有的极化滤波性能,有效地隔离前向一次多径信号对接收信号的干扰。

以上仅为本发明的优选实施例而已,并不用于限制本发明,对于本领域的技术人员来说,本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

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