一种偏波束掩星GNSS天线的制作方法

一种偏波束掩星gnss天线
技术领域
1.本实用新型涉及空间探测仪器领域，具体涉及一种偏波束掩星gnss(global navigation satellite system，全球导航卫星系统)天线。


背景技术：

2.当gnss信号穿过电离层和大气层、到达位于另一端的低轨卫星时，由于传播介质及其梯度的存在，会产生附加时延和弯曲.利用这些附加时延和弯曲信息、基于一定的假设条件下，可以反演得到电离层电子密度和低层大气的折射率、温度、密度、及水汽含量等。作为星载掩星探测系统必不可少的一部分，天线性能的好坏直接影响整个系统的性能。通常用于gnss无线电掩星探测的大气掩星天线会相对于卫星坐标轴倾斜二十几度安装，以形成地球赋形波束，该角度一般通过天线后端的t/r组件(信号收发组件)或星上架设的支架实现波束偏转。通过天线后端t/r组件移相的方法，其环境适应性较差，成本过高；在星上架设支架会增加整星重量，增大整星包络。


技术实现要素：

3.有鉴于此，本实用新型提供一种偏波束掩星gnss天线，通过旋转阵元角度的空间移相方法，实现了天线波束偏转，成本低、环境适应性好。
4.本实用新型提供的偏波束掩星gnss天线，包括多个天线单元，每个所述天线单元包括第一层介质板、第二层介质板、金属底板、第三层介质板以及第四层介质板，多个所述天线单元呈阵列布置，且每列所述天线单元与相邻所述天线单元以固定角度差旋转排布。
5.进一步地，所述第一层介质板上印有第一微带贴片，所述第一层介质板上设有金属化孔，所述第二层介质板上印有第二微带贴片，所述第二微带贴片上设有缝隙，所述第三层介质板上设有馈电网络，所述第四层介质板与所述第三层介质板贴合共同组成带状线馈电网络，第一层介质板、第二层介质板、金属底板、第三层介质板以及第四层介质板依次自上至下层叠设置，
6.进一步地，所述第一层介质板和所述第一微带贴片同心设置，所述金属化孔位于所述第一层介质板的中心位置，所述第一微带贴片为高频微带贴片，其工作频率包括1575.42mhz、1561.098mhz。
7.进一步地，所述第二层介质板和所述第二微带贴片同心设置，所述缝隙包括4个中心对称的l型缝隙，所述缝隙的中心位置与所述第二微带贴片的中心位置相同，所述第二微带贴片为低频微带贴片，其工作频率包括1227.6mhz、1207.14mhz。
8.进一步地，所述第一层介质板和所述第一微带贴片上设有位置对应的第一探针孔，所述第二层介质板上设有耦合孔，所述耦合孔位于所述缝隙中，所述金属底板上设有位置相对应的第三探针孔，所述第一探针孔、所述耦合孔以及所述第三探针孔均用来安装同一探针。
9.进一步地，所述第一微带贴片通过所述探针与所述第三层介质板焊接在一起，所
述第一微带贴片通过所述探针直接馈电；所述第二微带贴片以耦合的形式与所述第三层介质板连接，所述第二微带贴片为耦合馈电。。
10.进一步地，所述第一微带贴片的其中两个相对的直角分别切掉一个小三角形，所述第二微带贴片对应的两个直角也分别切掉一个小三角形。
11.进一步地，所述第一层介质板的介电常数为10，所述第二层介质板的介电常数为6.15，所述第三层介质板和所述第四层介质板的介电常数均为3.5所述金属底板为铝合金材质。
12.进一步地，所述第三层介质板的下表面设有sma-k接头，作为整个天线的输出端口。
13.进一步地，所述天线单元为16个，呈4
×
4阵列布置。
14.进一步地，所述第一层介质板和所述第二层介质板通过螺钉固定在所述金属底板上方，所述第三层介质板和所述第四层介质板通过螺钉固定在所述金属底板下方。
15.进一步地，所述多个所述天线单元呈阵列布置，且每列所述天线单元与相邻所述天线单元以35
°
的角度差旋转排布。
16.与现有的技术相比，本实用新型具有以下有益的技术效果：
17.本实用新型提供的一种偏波束掩星gnss天线，通过旋转阵元角度，使相邻列阵元单元之间相对相差均差一个固定值，实现空间移相，从而形成阵列波束偏置，相比现有技术，不使用t/r组件，成本低、环境适应性好，也没有使用星体外支架，减轻了星上重量，减小了整星包络尺寸。
附图说明
18.图1为本实用新型偏波束掩星gnss天线的结构分解图；
19.图2为本实用新型偏波束掩星gnss天线的俯视图。
20.其中：10-第一层介质板；11-第一微带贴片；12-金属化孔；13-第一探针孔；20-第二层介质板；21-第二微带贴片；22-缝隙；23-耦合孔；30-第三层介质板；40-第四层介质板；50-金属底板。
具体实施方式
21.下面结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。
22.在本实用新型的描述中，需要说明的是，本描述中指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
23.请参图1-2，本实用新型提供的一种偏波束掩星gnss天线，包括多个天线单元，每个天线单元包括第一层介质板10、第二层介质板20、金属底板50、第三层介质板30以及第四层介质板40，第一层介质板10上印有第一微带贴片11，第一层介质板10上设有金属化孔12，第二层介质板20上印有第二微带贴片21，第二微带贴片21上设有缝隙22，第三层介质板30上设有馈电网络，第四层介质板40与第三层介质板30贴合共同组成带状线馈电网络，第一
层介质板10、第二层介质板20、金属底板50、第三层介质板30以及第四层介质板40依次自上至下层叠设置，天线单元均呈阵列布置，且每列天线单元与相邻天线单元以固定角度差旋转排布。
24.具体地，第一层介质板10和第一微带贴片11同心设置，第一层介质板10的形状呈近似矩形，且每边均设有一个凸耳，第一微带贴片11的形状也呈近似矩形，且每边均设有一个调谐枝节，第一微带贴片11的其中两个相对的直角分别切掉一个小三角形，以实现天线的圆极化工作，金属化过孔12位于第层介质板10的中心位置，第一微带贴片11为高频微带贴片，其工作频率包括1575.42mhz、1561.098mhz，用于接收l1/b1频段的gnss信号。第二层介质板20和第二微带贴片21同心设置，第二层介质板20的形状呈矩形，第二微带贴片21的形状呈近似矩形，且每边均设有一个调谐枝节，相对应的，第二微带贴片21的其中两个相对的直角也分别切掉一个小三角形，以实现天线的圆极化工作，缝隙22为4个中心对称的l型缝隙，缝隙22的中心位置与第二微带贴片21的中心位置相同，第二微带贴片21为低频微带贴片，其工作频率包括1227.6mhz、1207.14mhz，用于接收l2/b2频段的gnss信号。需要说明的是，第一层介质板10、第二层介质板20的介电常数不做限制，在本实施例中，第一层介质板10的介电常数为10，第二层介质板20的介电常数为6.15。本实用新型提供的低轨掩星gnss天线通过采用双频层叠式微带天线形式，可分别覆盖gps(全球定位系统)的l1、l2频段以及bds系统(北斗卫星导航系统)的b1和b2频段，即1575.42mhz和1227.6mhz两个频率适用于gps系统的工作频段，而1561.098mhz和1207.14mhz两个频率适用于bds系统的工作频段，实现了gps/bds的兼容。
25.由于第一微带贴片11和第二微带贴片21的馈电点需要在同一位置，且需要同时匹配到50欧姆的天线电阻，实现起来有一定的难度。因此，在本实用新型中，通过在第二微带贴片21上开设4个中心对称的l型缝隙，改变了贴片上电流的传播路径，使电流的等效路径变长，减小了贴片的尺寸，实现了天线的小型化和轻量化。除此之外，由于第一微带贴片11和第二微带贴片21使用同一探针进行馈电，需要合理地选择馈电点，使第一微带贴片11和第二微带贴片21同时匹配。在本实用新型中，通过在第一层介质板10的中心位置上开一个金属化过孔12的方式，提高第一微带贴片11的容性，使其匹配点向贴片边缘移动，有利于在对第二微带贴片21实现小型化的同时，调整第一微带贴片11和第二微带贴片21在同一馈电点匹配。
26.进一步地，第一层介质板10和第一微带贴片11上设有相对应的第一探针孔13，第二层介质板20上设有耦合孔23，耦合孔23位于缝隙22的两条呈轴对称的l型缝隙中，金属底板50上设有位置相对应的第三探针孔53，第一探针孔13、耦合孔23以及第三探针孔53均用来安装同一探针。探针的位置是根据第一微带贴片11和第二微带贴片21的耦合阻抗来确定的。耦合阻抗受第一层介质板10和第二层介质板20的厚度、介电常数、第一微带贴片11以及第二微带贴片21的尺寸等参数所影响。
27.进一步地，第三层介质板30的下表面印制有馈电网络，第四层介质板40与第三层介质板30贴合共同组成带状线馈电网络，该馈电网络的输出端连接sma-k接头，sma-k接头设在第三层介质板30的下表面，作为整个天线的输出端口。第一微带贴片11通过探针与第三层介质板30焊接在一起，第一微带贴片11通过所述探针直接馈电；第二微带贴片21以耦合的形式与第三层介质板30连接，第二微带贴片21为耦合馈电。需要说明的是，第三层介质
板30、第四层介质板40的介电常数不做限制，在本实施例中，第三层介质板30和第四层介质板40的介电常数均为3.5。
28.具体地，第一层介质板10和所述第二层介质板20通过螺钉固定在所述金属底板50上方，所述第三层介质板30和所述第四层介质板40通过螺钉固定在所述金属底板50下方。
29.进一步地，天线单元呈阵列排布，所有天线单元等幅馈电，每一列与每一列之间以固定的角度差旋转阵元排布，使相邻列阵元单元之间形成空间上的相位差，且相对相差均差一个固定值，实现空间移相，从而形成阵列波束偏置。需要说明的是，这个固定值不做限制，可根据波束偏转的实际需要进行调整。具体地，在本实施例中，天线单元为16个，呈4
×
4阵列布置，第1列天线单元与第2列天线单元之间的角度差为35
°
，第2列天线单元与第3列天线单元之间的角度差为35
°
，第3列天线单元与第4列天线单元之间的角度差为35
°
。
30.经过上面的叙述可以知道，本实用新型提供的一种偏波束掩星gnss天线，通过旋转阵元角度，使相邻列阵元单元之间相对相差均差一个固定值，实现空间移相，从而形成阵列波束偏置，相比现有技术，不使用t/r组件，成本低、环境适应性好，也没有使用星体外支架，减轻了星上重量，减小了整星包络尺寸。
31.以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。