一种强电磁防护型导航天线的制作方法

本发明涉及导航天线，尤其涉及一种强电磁防护型导航天线。

背景技术：

1、强电磁武器是指利用定向辐射的高功率微波波束破坏、杀伤目标的新概念武器，可对一定区域内的信息系统、武器平台开展致命打击。目前，高功率脉冲功率驱动源技术、高功率微波产生、发射、传输与控制技术以及高功率微波效应机理等基础研究与关键技术取得重大突破，强电磁武器走向实战应用。强电磁辐射对电子设备危害极大，电磁波通过天线将能量耦合进入到系统前端，通过击穿效应与热效应破坏电子设备。

2、卫星导航系统因其定位准确、服务范围广、实时性好等特点，在现代社会中作用越来越大，小到手机定位，大到金融稳定、国防安全等，都离不开卫星导航系统。导航接收机主要用于接收卫星导航与授时信号，确定地面地理位置信息，同步本地系统时间，是整个导航系统的核心环节。目前，gps、北斗以及伽利略等导航系统离地面高度均在上万公里，导航信号传输至导航天线口面时，信号幅度已大幅衰减至-130dbm量级。为有效接收导航信号，导航接收机必须具备较高灵敏度。但面对强电磁能量辐照，灵敏度越高，接收机越容易被损坏，进而导致导航系统无法正常运作。

3、天线是强电磁能量耦合的最主要通道，通过天线耦合进入射频前端的能量，不仅功率大，而且频率相近，对导航接收机威胁极大。面对强电磁能量辐照，从天线耦合进入系统的能量，即使加载了传统限幅模块，也难以保证导航接收机安全。

4、目前市场上已经针对卫星导航接收机提出了相应的强电磁能量防护措施，例如，参考文献[1]、参考文献[2]、参考文献[3]。这些现有技术中针对卫星导航接收机的防护手段主要有两种方式：一种是采用在天线后端加入限幅、滤波等防护模块；另一种是采用在天线外加装强电磁防护罩。第一种方式将单级pin限幅结构改为多级防护结构，不可避免地增加了限幅结构的体积，增加了导航接收机射频前端设计难度。第二种方式中的防护罩由于加工制作中需要使用大量的pin二极管，导致其成本非常高。

5、参考文献

6、[1]中国专利申请公布号cn111030069a，名称：射频前端电磁脉冲防护方法，申请公布日：2020.04.17；

7、[2]中国专利申请公布号cn107658859a，名称：一种用于飞机通信导航系统的电磁脉冲防护方法，申请公布日：2018.02.02；

8、[3]中国专利授权公告号cn207542775u，名称：一种用于飞机通信导航系统的电磁脉冲防护抑制器，授权公告日：2018.06.26。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种强电磁防护型导航天线。

2、为实现上述发明目的，本发明提供一种强电磁防护型导航天线，包括：介质基板、金属辐射结构、金属接地板、馈电结构和二极管；

3、所述金属辐射结构和金属接地板设置在所述介质基板的相对两侧；

4、所述金属辐射结构包括：第一金属贴片和第二金属贴片；

5、在所述第一金属贴片的四周，在相互垂直的四个方向分别设置一个所述第二金属贴片，且所述第二金属贴片与所述第一金属贴片采用所述二极管相连接；

6、所述第二金属贴片与所述金属接地板采用短路结构导通；

7、所述馈电结构分别与所述第一金属贴片和所述金属接地板相连接。

8、根据本发明的一个方面，所述第一金属贴片采用方形金属贴片；

9、所述第二金属贴片与所述第一金属贴片的侧边相对的分别设置。

10、根据本发明的一个方面，所述第一金属贴片的至少一对对角切除设置。

11、根据本发明的一个方面，所述第二金属贴片采用多个所述二极管与所述第一金属贴片相连接；其中，在所述第二金属贴片上设置有多个用于连接所述二极管的连接臂；

12、所述二极管的正极与所述连接臂相连接，其负极与所述第一金属贴片相连接，或者，所述二极管的正极与所述第一金属贴片相连接，其负极与所述连接臂相连接。

13、根据本发明的一个方面，所述第二金属贴片还包括：第二金属贴片主体；

14、所述第二金属贴片主体为矩形结构；

15、所述连接臂为矩形结构；

16、所述连接臂与所述第二金属贴片主体相垂直的设置，且多个所述连接臂在所述第二金属贴片主体的同侧设置。

17、根据本发明的一个方面，沿所述第二金属贴片主体的长度方向，所述连接臂等间隔的设置有三个；其中，两个所述连接臂分别在所述第二金属贴片主体的相对两端设置，其余所述连接臂在所述第二金属贴片主体的中间位置设置。

18、根据本发明的一个方面，所述短路结构为设置在所述介质基板上金属化过孔。

19、根据本发明的一个方面，所述馈电结构为同轴馈电结构，且所述馈电结构与所述第一金属贴片偏心连接，用于对所述第一金属贴片偏心馈电。

20、根据本发明的一个方面，所述馈电结构与所述第一金属贴片的连接位置的馈电点圆心与所述第一金属贴片的中心的间距为14mm。

21、根据本发明的一个方面，所述第一金属贴片的边长为44mm，其切角尺寸为6mm；

22、所述第二金属贴片的长度与所述第二金属贴片主体的长度相一致，且设置为7mm，所述第二金属贴片的宽度为4.4mm；

23、相邻所述连接臂与所述第二金属贴片主体所构成的凹口的深度为1mm，长度为2mm；

24、所述凹口与所述第一金属贴片的边缘之间的间距为0.6mm；

25、所述馈电结构的馈电端口特征阻抗为50欧姆；

26、所述介质基板的厚度为1.6mm。

27、根据本发明的一种方案，本发明将pin二极管引入天线接收设计中，实现了pin二极管与天线的一体化设计，有效控制了天线整体体积。

28、根据本发明的一种方案，本发明中通过在第一金属贴片和第二金属贴片之间所使用的pin二极管阵列，使得所设计的导航天线具有更高的承受功率。

29、根据本发明的一种方案，本发明中所设计的导航天线采用铜片、fr4基板、pin二级管等常规材料制成，加工制作难度小、成本低。

30、根据本发明的一种方案，本发明将pin二极管引入导航天线设计中，利用pin二极管电导调制效应，改变导航天线通带开关状态，实现低场强导航信号正常耦合，强电磁能量无法耦合进入导航天线后端，在不影响正常导航功能前提下，有效避免导航接收机被耦合的强电磁能量损毁。

31、根据本发明的一种方案，本发明将pin二极管引入的同时，综合优化导航天线的结构和参数，使所设计的导航天线满足频率、增益、轴比等指标要求。当正常导航信号(即低场强导航信号)辐照到防护型导航天线表面时，pin二极管呈现为截止状态，通道开启，导航信号顺利从天线耦合进入后端电路；当强电磁能量辐照到防护型导航天线表面时，防护型导航天线通道关闭，强电磁能量无法从天线耦合进入后端射频电路。

技术特征：

1.一种强电磁防护型导航天线，其特征在于，包括：介质基板(1)、金属辐射结构(2)、金属接地板(3)、馈电结构(4)和二极管(5)；

2.根据权利要求1的强电磁防护型导航天线，其特征在于，所述第一金属贴片(21)采用方形金属贴片；

3.根据权利要求2的强电磁防护型导航天线，其特征在于，所述第一金属贴片(21)的至少一对对角切除设置。

4.根据权利要求3的强电磁防护型导航天线，其特征在于，所述第二金属贴片(22)采用多个所述二极管(5)与所述第一金属贴片(21)相连接；其中，在所述第二金属贴片(22)上设置有多个用于连接所述二极管(5)的连接臂(221)；

5.根据权利要求4的强电磁防护型导航天线，其特征在于，所述第二金属贴片(22)还包括：第二金属贴片主体(222)；

6.根据权利要求5的强电磁防护型导航天线，其特征在于，沿所述第二金属贴片主体(222)的长度方向，所述连接臂(221)等间隔的设置有三个；其中，两个所述连接臂(221)分别在所述第二金属贴片主体(222)的两端设置，其余所述连接臂(221)在所述第二金属贴片主体(222)的中间位置设置。

7.根据权利要求6的强电磁防护型导航天线，其特征在于，所述短路结构为设置在所述介质基板(1)上金属化过孔。

8.根据权利要求7的强电磁防护型导航天线，其特征在于，所述馈电结构(4)为同轴馈电结构，且所述馈电结构(4)与所述第一金属贴片(21)偏心连接，用于对所述第一金属贴片(21)偏心馈电。

9.根据权利要求8的强电磁防护型导航天线，其特征在于，所述馈电结构(4)与所述第一金属贴片(21)的连接位置的馈电点圆心与所述第一金属贴片(21)的中心的间距为14mm。

10.根据权利要求9的强电磁防护型导航天线，其特征在于，所述第一金属贴片(21)的边长为44mm，其切角尺寸为6mm；

技术总结
本发明涉及一种强电磁防护型导航天线，包括：介质基板(1)、金属辐射结构(2)、金属接地板(3)、馈电结构(4)和二极管(5)；所述金属辐射结构(2)和金属接地板(3)设置在所述介质基板(1)的相对两侧；所述金属辐射结构(2)包括：第一金属贴片(21)和第二金属贴片(22)；在所述第一金属贴片(21)的四周，在相互垂直的四个方向分别设置一个所述第二金属贴片(22)，且所述第二金属贴片(22)与所述第一金属贴片(21)采用所述二极管(5)相连接；所述第二金属贴片(22)与所述金属接地板(3)采用短路结构导通；所述馈电结构(4)分别与所述第一金属贴片(21)和所述金属接地板(3)相连接。

技术研发人员：张博汉
受保护的技术使用者：湖南电磁场科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14