一种采用波浪碟形引向器的测量型天线的制作方法

本发明属于卫星导航和卫星通信天线技术领域，特别涉及一种采用波浪碟形引向器的测量型天线。

背景技术：

目前卫星导航和卫星通信高速发展，其共同特点是由多颗卫星组成星座，天线同时接收各个方向的卫星信号，天线相位中心的不理想性和多径效应会为导航和定位系统载波相位测量精度引入误差，因此在高精度测量应用中需要使用高精度测量型天线。

目前高精度测量型天线普遍采用3d扼流圈(choke-ring)技术，通过其表面的高阻抗特性抑制表面波实现抗多径干扰，由于其基于谐振的工作原理，扼流圈天线尺寸和工作频率波长接近，并且往往需要多重扼流圈实现较好的高精度效果，因此大幅度增加了扼流圈天线的尺寸、重量和成本，现有高精度测量型天线直径大于90毫米，重量大于120克，不适合在空间有限、载重有限或成本受限的条件下使用。

技术实现要素：

针对现有技术中的上述缺陷，本发明提出一种采用波浪碟形引向器的测量型天线，利用电磁场尖端效应在波浪碟形引向器上形成多个关于引向器中心对称的同心圆形表面电流，不仅可以提升天线方向图滚降系数，还可以减小天线相位中心误差。和传统的扼流圈高精度测量型天线相比，本发明具有尺寸小、重量轻和低成本的特点。

为实现上述发明目的，本发明采用以下技术方案。

一种采用波浪碟形引向器的测量型天线，包括波浪碟形引向器、辐射体、短路探针、馈电探针、介质板、微带电桥和反射底板；

反射底板是天线的安装平面，微带电桥埋藏于介质板之中；

介质板通过短路探针固定到反射底板上面，馈电探针连接微带电桥和辐射体；

辐射体附着在介质板的上表面；

所述波浪碟形引向器用于产生多个同心圆形状表面电流，位于辐射体正上方；

所述波浪碟形引向器的垂直剖面呈波浪形，水平剖面呈同心圆形。

优选地，所述微带电桥形成幅度相同、相位相差90度的激励信号，再经过馈电探针在辐射体上面激励起正交模，形成圆极化波。

优选地，所述波浪碟形引向器的几何中心和辐射体中心在水平方向上重合；辐射体通过近场耦合的方式在波浪碟形引向器上形成感应电流。

优选地，所述波浪碟形引向器垂直剖面曲线设计公式为：y＝d*sin(abs(w*x))，x的取值范围为：-n*pi≤x≤+n*pi；其中n*w为垂直剖面曲线的周期数，d为垂直剖面曲线的振幅，pi为圆周率；垂直剖面曲线的最高点和最低点之间的垂直距离为曲线的振幅；

设计参数满足公式：(n*pi)2≤λ2/(4*ε)，其中λ为天线工作频率在自由空间中的一个波长,ε为介质板的介电常数。

优选地，所述波浪碟形引向器垂直剖面曲线的设计参数满足公式:0.01λ≤d≤0.05λ。

优选地，所述波浪碟形引向器垂直剖面曲线的周期数n*w满足：

3＜n*w＜20。

优选地，所述波浪碟形引向器下表面距离辐射体上表面的距离小于等于0.5λ。

优选地，波浪碟形引向器通过介电常数小于20的材料固定在辐射体正上方。

相对于现有技术的缺陷，本发明取得以下有益效果：

本发明可以在波浪蝶形引向器上产生多个关于中心对称的同心圆形电流分布，这种同心圆形电流分布不仅可以提高天线方向图滚降系数实现抗多径干扰的效果，而且可以提高天线方向图的对称性并减小天线相位中心误差，达到提高系统载波相位测量精度的效果。

相对于直径大于90毫米、重量大于120克的现有高精度测量型天线，本发明采用波浪碟形引向器的高精度测量型天线具有尺寸小、重量轻和成本低的特点，其直径为60毫米，重量约70克；适用于载体平台负重能力有限，安装尺寸受限的应用环境。

附图说明

图1是本发明天线结构侧视图；

图2是本发明波浪碟形引向器侧视图；

图3是本发明波浪碟形引向器顶视图；

图4是本发明波浪碟形引向器电流分布图；

图5是本发明天线反射系数；

图6是本发明天线方向图和相位中心误差仿真结果；

图7是普通天线方向图和相位中心仿真结果；

图8是本发明结构爆炸图。

附图标记说明如下：

1-波浪碟形引向器、2-辐射体、3-短路探针、4-馈电探针、5-介质板、6-微带电桥、7-反射底板。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

本发明提供一种采用波浪碟形引向器的高精度测量型天线，如图1所示，包括波浪碟形引向器1、辐射体2、短路探针3、馈电探针4、介质板5、微带电桥6、反射底板7。

反射底板7是天线的安装平面，微带电桥6埋藏于介质板5之中，介质板5通过短路探针3固定到反射底板7上面，馈电探针4连接微带电桥6和辐射体2，辐射体2附着在介质板5的上表面，波浪碟形引向器1通过低介电常数材料固定在辐射体2正上方。微带电桥6用于形成幅度相同、相位相差90度的激励信号，经过馈电探针4在辐射体2上面激励起正交模，形成圆极化波；通过近场耦合在波浪碟形引向器1上感应生成多个同心圆形状表面电流，形成的天线方向图中心对称，从而提升天线相位中心精度。

本发明的创新之处在于采用了三维立体结构的波浪碟形引向器1，其结构形似同心波浪形状，整体外形为飞碟形，波浪碟形引向器的侧视图如图2所示，其顶视图如图3所示，以设计一个中心工作频点在2ghz的波浪碟形引向器高精度测量型天线为例，其设计思路是：

1确定工作波长：首先2ghz电磁波在自由空间中一个波长为150mm；

2选择介质材料：选择介电常数ε为6，厚度为6mm的tp2介质，也可选择其他介质，介电常数一般小于20，介电常数过高则会导致天线尺寸过小而影响性能；

3确定同心圆的数量：则根据约束公式(n*pi)²≤λ²/(4*ε)可以计算出n≤9.7；结合天线尺寸要求，经过仿真优化筛选出较优参数n＝6.5、w＝3，同心圆的数量如图2中顶视图所示；

4确定同心圆的振幅，振幅的设计范围为0.01λ≤d≤0.05λ，经过仿真优化选择d＝0.02λ，同心圆的振幅如图2中侧视图所示，曲线的最高点和最低点之间的垂直距离为曲线的振幅；

5通过上述参数确定波浪碟形引向器曲线设计函数为:y＝3*sin(abs(3*x))，x的取值范围为：-6.5*pi≤x≤+6.5*pi；

6经过仿真优化选择波浪碟形引向器下表面距离下方辐射体2的间距为5mm。

上述参数的具体设计值仅用于说明波浪碟形引向器的设计过程，部分参数通过仿真优化得出，并不用于限定本发明为上述设计参数。本发明中的辐射体2、短路探针3、馈电探针4、介质板5、微带电桥6、反射底板7均为工程上的一般设计和安装结构，本领域技术人员可根据设计需求实现，在此不必赘述。

辐射体2通过耦合方式激励波浪碟形引向器，在引向器上生成感应电流，波浪碟形引向器利用电磁场在物体表面曲率大的地方电位密集的尖端效应，在波浪碟形引向器上形成多个同心圆形状表面电流，其电流分布如图4所示，多个同心圆电流相对于波浪碟形引向器的圆心呈中心对称，故而以波浪碟形引向器为中心形成中心对称的天线方向图，实现减小天线相位中心误差的目的。

天线反射系数如图5所示，本发明所述天线工作带宽为150mhz，相对带宽8％；图6是本发明方向图和相位中心误差仿真结果，相位中心误差1σ值为0.6mm，法向增益7.6db；图7是相同尺寸条件下普通天线方向图和相位中心仿真结果，其相位中心误差1σ值为2.5mm，法向增益6.7db；通过对比仿真结果可知波浪碟形引向器能明显改善相位中心误差，提高天线方向图法向增益和滚降系数，适用于抗多径干扰的高精度测量型天线应用。图8为本发明所述天线的结构爆炸图，用于进一步说明其三维结构。

本发明所述天线在2ghz的具体实施例天线相位中心精度0.6mm，天线直径60mm，重量小于70克，其尺寸和重量均远小于采用3d扼流圈技术的高精度天线，适用于负重能力有限、安装尺寸受限的载体平台和低成本的应用。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本申请不限制于任何特定形式的硬件和软件的结合。综上所述，以上仅为本申请的较佳实施例而已，并非用于限定本申请的保护范围。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。