本發(fā)明涉及衛(wèi)星導(dǎo)航天線技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種全導(dǎo)航系統(tǒng)便攜式經(jīng)濟(jì)型高精度導(dǎo)航天線，該天線覆蓋接收GPS系統(tǒng)、GLONASS系統(tǒng)、Galileo系統(tǒng)以及我國“北斗二號”衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)的衛(wèi)星導(dǎo)航信號。

背景技術(shù)：

隨著我國“北斗二號”衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)的不斷發(fā)展，基于北斗系統(tǒng)的各類應(yīng)用已遍布經(jīng)濟(jì)建設(shè)和科學(xué)研究等多種領(lǐng)域，并且隨著北斗系統(tǒng)的不斷完善，各種應(yīng)用也在不斷增加，并朝著多系統(tǒng)、多模式的方向發(fā)展。衛(wèi)星導(dǎo)航天線作為整個接收系統(tǒng)的前端硬件設(shè)備，其性能好壞直接關(guān)系到整系統(tǒng)的精度和靈敏度。而便攜性和成本控制更是關(guān)乎整個系統(tǒng)大規(guī)模推廣的重要因素。

目前，國內(nèi)外全導(dǎo)航系統(tǒng)高精度導(dǎo)航天線主要采用以下技術(shù)：一、多層微帶形式；該形式具有成本低廉、加工簡單等優(yōu)點(diǎn)，是民用產(chǎn)業(yè)化領(lǐng)域的主流，但微帶天線屬于諧振結(jié)構(gòu)，其帶寬一般不超過15％，因此采用多層微帶形式的高精度天線在頻帶邊沿，天線的整體性能也會明顯惡化，并且不具備S頻段信號的覆蓋能力；二、振子形式，無論是金屬振子或微帶振子，均可通過頂層疊加微帶的方式實(shí)現(xiàn)全頻帶覆蓋，但為保證阻抗的匹配性和方向圖的對稱性，對振子的加工精度和裝配精度均提出了非常高的要求，并且需要厚度近似為1/4波長的金屬腔體作為其反射結(jié)構(gòu)，加工成本較高。三、平面螺旋形式，平面螺旋天線雖然具有很寬的駐波帶寬，但是其方向圖的對稱性較差，且隨著頻率變化，方向圖的一致性也較差。

國外GNSS750和AR25系列的高精度天線雖然在L波段導(dǎo)航領(lǐng)域已經(jīng)廣泛應(yīng)用，但均不具備L/S同時覆蓋的能力。國內(nèi)天線制造商在低成本和便攜性方面雖已進(jìn)行了大量改進(jìn)，但在全系統(tǒng)覆蓋和性能指標(biāo)上略有不足。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有天線帶寬不足、結(jié)構(gòu)復(fù)雜等問題，提供了一種全導(dǎo)航系統(tǒng)便攜式經(jīng)濟(jì)型高精度導(dǎo)航天線，該天線利用耦合式四饋探針饋電，可以實(shí)現(xiàn)對整個L/S波段的覆蓋，并且該天線具有高相位中心穩(wěn)定度、高多徑抑制能力、同時結(jié)構(gòu)簡潔、體積小巧、免于調(diào)試、成本低廉。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案：

一種全導(dǎo)航系統(tǒng)便攜式經(jīng)濟(jì)型高精度導(dǎo)航天線，包括天線罩、金屬支撐座、探針印刷板、L/S一體化微帶印刷板、L饋電線、S饋電線和電橋印刷板；所述金屬支撐座具有開口向上的空腔，在所述空腔的中心位置設(shè)置有金屬圓臺，且金屬支撐座的底部下表面上開設(shè)有凹槽；所述探針印刷板上印刷有4個L頻段一字型探針；L/S一體化微帶印刷板的上表面上具有S頻段微帶貼片，且下表面上具有L頻段微帶貼片；電橋印刷板上具有L頻段電橋和S頻段電橋，每個電橋具有4個輸入端；其中：

電橋印刷板位于金屬支撐座底部凹槽內(nèi)；探針印刷板和L/S一體化微帶印刷板由下至上分層安裝在金屬支撐座的空腔內(nèi)，且L頻段微帶貼片與金屬圓臺的上端面貼合；4個L饋電線的一端穿過探針印刷板分別與4個L頻段的一字型探針外端焊接，另一端分別與L頻段電橋的4個輸入端焊接；4個S饋電線的一端分別與S頻段微帶貼片的4個饋電點(diǎn)焊接，另一端分別與S頻段電橋的4個輸入端焊接；金屬支撐座底部具有向外延伸的端沿，天線罩蓋合在金屬支撐座上，并與金屬支撐座的端沿固定連接。

上述的全導(dǎo)航系統(tǒng)便攜式經(jīng)濟(jì)型高精度導(dǎo)航天線，還包括蓋板和安裝座；其中，蓋板蓋合在金屬支撐座的下底面凹槽上，且與金屬支撐座固定連接；安裝座固定在蓋板的下底面上，且安裝座的中心設(shè)置有螺紋；當(dāng)所述導(dǎo)航天線與外部載體固定連接時，所述安裝座與外部天線安裝螺釘匹配連接。

上述的全導(dǎo)航系統(tǒng)便攜式經(jīng)濟(jì)型高精度導(dǎo)航天線，金屬支撐座的端沿上開設(shè)有環(huán)形凹槽，天線罩的邊沿卡合在所述凹槽內(nèi)，并通過螺釘與端沿固定連接。

上述的全導(dǎo)航系統(tǒng)便攜式經(jīng)濟(jì)型高精度導(dǎo)航天線，金屬支撐座的空腔內(nèi)壁上開始有兩級環(huán)形臺階面，分別為第一級臺階面和第二級臺階面，其中：第二級臺階面與金屬圓臺的上端面在同一平面內(nèi)，且所述金屬圓臺上開設(shè)有與第一臺階面在同一平面的環(huán)形臺階面；探針印刷板的中心開設(shè)通孔，通過所述通孔將探針印刷板套裝在金屬圓臺上，且支撐在第一臺階面和金屬圓臺的環(huán)形臺階面上，并與第一臺階面固定連接；L/S一體化微帶印刷板支撐在第二臺階面和金屬圓臺的上端面上，并與第二臺階面固定連接。

上述的全導(dǎo)航系統(tǒng)便攜式經(jīng)濟(jì)型高精度導(dǎo)航天線，在金屬支撐座的金屬圓臺上開設(shè)4個通向凹槽的S饋電線通孔，4個S饋電線穿過所述S饋電線通孔，并穿過L/S一體化微帶印刷板后，分別與S頻段微帶貼片的4個饋電點(diǎn)焊接。

上述的全導(dǎo)航系統(tǒng)便攜式經(jīng)濟(jì)型高精度導(dǎo)航天線，在探針印刷板的4個L頻段一字型探針外側(cè)端出開始通孔，并在金屬支撐座的空腔底部開設(shè)通向凹槽的通孔；4個L饋電線的一端依次穿過空腔底部的通孔和探針印刷板上的通孔，分別與4個L頻段的一字型探針外端焊接。

上述的全導(dǎo)航系統(tǒng)便攜式經(jīng)濟(jì)型高精度導(dǎo)航天線，探針印刷板包括介質(zhì)底板，以及印刷在所述介質(zhì)底板上的四個敷銅條，其中：所述四個敷銅條呈放射狀均勻分布在介質(zhì)底板上，作為探針印刷板的L頻段一字型探針。

上述的全導(dǎo)航系統(tǒng)便攜式經(jīng)濟(jì)型高精度導(dǎo)航天線，電橋印刷板上具有L頻段電橋和S頻段電橋，每個電橋具有4個輸入端，其中：

L頻段電橋用于將L饋電線引出的4路L頻段接收信號進(jìn)行相位調(diào)整，所述L頻段電橋的4個輸入端引入信號經(jīng)相位調(diào)整后，以其中一路為基準(zhǔn)信號，其他三路與所述基準(zhǔn)信號的相位分別相差90°、180°和270°；

S頻段電橋用于將S饋電線引出的4路S頻段接收信號進(jìn)行相位調(diào)整，所述S頻段電橋的4個輸入端引入信號經(jīng)相位調(diào)整后，以其中一路為基準(zhǔn)信號，其他三路與所述基準(zhǔn)信號的相位分別相差90°、180°和270°。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的有效益效果在于：

(1)本發(fā)明將L、S頻段的天線分別腐蝕在一層印制板的兩側(cè)，并利用置于其下方的微帶探針對L天線饋電，利用貫穿在金屬圓臺中的四個S饋電線對S天線饋電，結(jié)構(gòu)緊湊，尺寸小巧。該天線可覆蓋了目前所有導(dǎo)航系統(tǒng)的所有頻率、而且具有高相位中心穩(wěn)定度和高抗多徑能力；另外，該天線加工、裝配簡易，免于調(diào)試，體積小巧，成本低廉。本發(fā)明在便攜式全導(dǎo)航系統(tǒng)高精度天線方面，填補(bǔ)了國內(nèi)外技術(shù)空白；

(2)本發(fā)明采用同軸子和微帶印制板構(gòu)成四個探針，實(shí)現(xiàn)對天線的耦合式饋電，在保證寬頻帶的同時，進(jìn)一步保證該天線具有高穩(wěn)定的相位中心性能和優(yōu)良的低仰角特性；

(3)本發(fā)明采用兩層印制板實(shí)現(xiàn)對所有導(dǎo)航頻率的覆蓋，結(jié)構(gòu)簡單，應(yīng)用便攜，極大降低了加工成本。

附圖說明

圖1為本發(fā)明全導(dǎo)航系統(tǒng)便攜式經(jīng)濟(jì)型高精度導(dǎo)航天線結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明金屬支撐座的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明探針印制板的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4a為本發(fā)明L/S一體化微帶印制板上表面的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4b為本發(fā)明L/S一體化微帶印制板下表面的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述：

本發(fā)明全導(dǎo)航系統(tǒng)便攜式經(jīng)濟(jì)型高精度導(dǎo)航天線的工作和設(shè)計(jì)原理是：

導(dǎo)航天線的工作帶寬由兩個方面決定的，一是天線的阻抗帶寬，即天線的駐波，二是天線的方向圖帶寬，天線方向圖的形狀和增益均滿足系統(tǒng)要求時的帶寬才是導(dǎo)航天線的工作帶寬。微帶天線或振子天線均為諧振結(jié)構(gòu)，其帶寬一般很窄，本發(fā)明采用耦合式微帶，并利用同軸子和探針印制板構(gòu)成“?！毙偷奶结槪瑢?shí)現(xiàn)寬帶饋電。由于天線輻射體和該饋電結(jié)構(gòu)之間大部分為空氣，損耗很小，天線效率相對以往微帶有明顯提升。

如圖1所示，本發(fā)明的全導(dǎo)航系統(tǒng)便攜式經(jīng)濟(jì)型高精度導(dǎo)航天線，包括天線罩1、金屬支撐座2、探針印刷板3、L/S一體化微帶印刷板4、L饋電線5、S饋電線6、電橋印刷板7、蓋板8和安裝座9。

(一)、金屬支撐座

在本發(fā)明中，將金屬支撐座2作為裝載L頻段天線和S頻段天線的主要支撐件。

如圖2所示，金屬支撐座2具有開口向上的空腔，在該空腔的中心位置設(shè)置有金屬圓臺21，且在該屬支撐座2的底部下表面上開設(shè)有凹槽22。金屬支撐座2底部具有向外延伸的端沿23，且該段沿23上開設(shè)有環(huán)形凹槽24，而在端沿23的側(cè)面開設(shè)有螺釘孔25，該螺釘孔25與凹槽24相連通。

另外，為了在金屬支撐座2的空腔內(nèi)分層放置探針印刷板3和L/S一體化微帶印刷板4，該金屬支撐座2的空腔內(nèi)壁上開始有兩級環(huán)形臺階面，分別為第一級臺階面27和第二級臺階面26，其中：第二級臺階面26與金屬圓臺21的上端面在同一平面內(nèi)，且在金屬圓臺21上開設(shè)有與第一臺階面27在同一平面的環(huán)形臺階面。

為便于對L/S一體化微帶印刷板4進(jìn)行饋電，本發(fā)明在金屬圓臺21上開設(shè)了S饋電線通孔28，該通孔28貫穿整個金屬圓臺21的上下端面，且與凹槽24連通。同理，為了便于對探針印刷板3進(jìn)行饋電，本發(fā)明在金屬支撐座2的底板上開通了L饋電線通孔29，該通孔連通了金屬圓臺21空腔與底部凹槽22。

(二)、探針印刷板和L/S一體化微帶印刷板

如圖3所示，本發(fā)明中的探針印刷板3包括介質(zhì)底板31，以及印刷在所述介質(zhì)底板31上的4個敷銅條32。其中：所述4個敷銅條呈放射狀均勻分布在介質(zhì)底板31上，作為探針印刷板3的4個L頻段一字型探針。另外：為了便于對探針饋電，這4個敷銅條32的外側(cè)端開始有饋電通孔33；為了便于將探針印刷板3安裝在金屬支撐座2下層，本發(fā)明在介質(zhì)底板31中心處開設(shè)有通孔34，并在邊緣上開設(shè)可固定安裝通孔35。

如圖4a和4b所示，L/S一體化微帶印刷板4包括S頻段微帶貼片41、L頻段微帶貼片42和介質(zhì)底板43。其中，S頻段微帶貼片41、L頻段微帶貼片42分別位于介質(zhì)底板43的上表面和下表面。為了便于對上表面的S頻段微帶貼片41饋電，在介質(zhì)底板43和L頻段微帶貼片上均開設(shè)有S饋電線穿過的通孔44。

(三)、電橋印刷板

在本發(fā)明中，電橋印刷板7上具有L頻段電橋和S頻段電橋，每個電橋具有4個輸入端。其中：

L頻段電橋用于將L饋電線5引出的4路L頻段接收信號進(jìn)行相位調(diào)整，所述L頻段電橋的4個輸入端引入信號經(jīng)相位調(diào)整后，以其中一路為基準(zhǔn)信號，其他三路與所述基準(zhǔn)信號的相位分別相差90°、180°和270°。

S頻段電橋用于將S饋電線6引出的4路S頻段接收信號進(jìn)行相位調(diào)整，所述S頻段電橋的4個輸入端引入信號經(jīng)相位調(diào)整后，以其中一路為基準(zhǔn)信號，其他三路與所述基準(zhǔn)信號的相位分別相差90°、180°和270°。

(四)結(jié)構(gòu)連接關(guān)系

在(一)～(三)中，分別對本發(fā)明導(dǎo)航天線的主要結(jié)構(gòu)件進(jìn)行了結(jié)構(gòu)特征說明。以下內(nèi)容，將主要描述各結(jié)構(gòu)件的彼此連接、安裝關(guān)系。

在本發(fā)明中，將電橋印刷板7安裝在金屬支撐座2的底部凹槽22內(nèi)。而將探針印刷板3和L/S一體化微帶印刷板4由下至上分層安裝在金屬支撐座2的空腔內(nèi)，且L頻段微帶貼片42與金屬圓臺21的上端面貼合。4個L饋電線5的一端與4個L頻段的一字型探針外端焊接，另一端分別與L頻段電橋的4個輸入端焊接。4個S饋電線6的一端分別與S頻段微帶貼片的4個饋電點(diǎn)焊接，另一端分別與S頻段電橋的4個輸入端焊接。天線罩1蓋合在金屬支撐座2上，并與金屬支撐座2的端沿23固定連接。

具體工程實(shí)現(xiàn)中，具體的安裝細(xì)節(jié)描述如下：

探針印刷板3的中心通孔34穿過金屬圓臺21，然后將該探針印刷板3支撐在第一臺階面27和金屬圓臺的環(huán)形臺階面上。并在該第一臺階面上開設(shè)有螺釘安裝孔，當(dāng)探針印刷板3支撐在第一臺階面上后，安裝螺釘將探針印刷板3固定在第一臺階面上。4個L饋電線5依次穿過金屬支撐座2底板上的L饋電線通孔29，以及4個饋電通孔33，分別與4個L頻段一字型探針外端焊接。且這4個L饋電線5的另一端分別與L頻段電橋的4個輸入端焊接。

L/S一體化微帶印刷板4支撐在第二臺階面26和金屬圓臺的上端面上。在該第二臺階面上開設(shè)有螺釘安裝孔，當(dāng)L/S一體化微帶印刷板4支撐在第二臺階面上后，安裝螺釘將L/S一體化微帶印刷板4與第二臺階面26固定連接。4個S饋電線6依次穿過金屬圓臺21上的4個S饋電線通孔28，以及介質(zhì)底板43和L頻段微帶貼片上的通孔44，分別與S頻段微帶貼片41的4個饋電點(diǎn)焊接，而且4個S饋電線6的另一端分別與S頻段電橋的4個輸入端焊接。

在本發(fā)明中L頻段微帶貼片42位于介質(zhì)板43的下表面，且與金屬圓臺21上端面貼合，該L頻段微帶貼片42即是S頻段天線的等效接地面，又是L頻段天線的輻射體。因此L頻段微帶貼片42、四個一字型探針32和四個L饋電線5等效于L頻段天線，用于接收L頻段衛(wèi)星導(dǎo)航信號。該L頻段天線結(jié)構(gòu)是一種介于振子和微帶之間的天線結(jié)構(gòu)，其厚度僅為振子天線的一半，通過一字型探針在印制板和底板之間激勵起電場向外輻射，實(shí)現(xiàn)對L頻段導(dǎo)航信號的覆蓋。

天線罩1的邊沿卡合在所述凹槽24內(nèi)，并通過螺釘與端沿23固定連接。如圖2所示，在端沿23的側(cè)面開設(shè)螺釘孔25，螺釘穿過螺釘孔25與卡合在凹槽24內(nèi)的天線罩邊沿螺接固定。為了增強(qiáng)天線罩的安裝強(qiáng)度和密封性能，可以預(yù)先在凹槽24內(nèi)灌膠。

蓋板8蓋合在金屬支撐座2的下底面凹槽22上，且與金屬支撐座2固定連接；安裝座9固定在蓋板8的下底面上，且安裝座9的中心設(shè)置有螺紋；當(dāng)所述導(dǎo)航天線與外部載體固定連接時，所述安裝座9與外部天線安裝螺釘匹配連接。

實(shí)施例：

在本實(shí)施例中，金屬支撐座2中心位置的金屬圓臺21為圓柱體。該圓柱體的下部分高度為10mm且直徑為24mm；上部的高度為11mm且直徑為22mm。在距離中心8mm的圓上均布有四個直徑為3.2mm的S饋電線通孔28。金屬支撐座2的底部凹槽22的深度為10mm且直徑為120mm。

探針印制板3中心處通孔34的直徑為22mm，從距離中心18.5mm開始向外腐蝕有四個寬度為3mm長度為38.5mm的一字型探針32，這四個一字型探針32均布在圓周上。

在L/S一體化微帶印制板4中，通過對介質(zhì)底板43腐蝕加工得到S頻段微帶貼片41和L頻段微帶貼片42。該介質(zhì)底板43基材為F4BM；S頻段微帶貼片41為矩形貼片，其邊長為36mm；L頻段微帶貼片42為圓形貼片，其直徑為81mm；S頻段微帶貼片41和L頻段微帶貼片42分別腐蝕在厚度為4mm的F4BM的印制板兩側(cè)。

天線罩1為環(huán)氧酚醛層壓玻璃布板材料。

本發(fā)明的全導(dǎo)航系統(tǒng)便攜式經(jīng)濟(jì)型高精度導(dǎo)航天線具有穩(wěn)定的相位中心，因此天線在結(jié)構(gòu)上的對稱性必須保證，探針印制板的一字型探針和L/S一體化微帶印制板的輻射體均通過印制板腐蝕來保障，一般在0.02mm左右；其安裝通過8個沉孔以及4個饋電孔來實(shí)現(xiàn)，一般在0.05mm以下。

本天線利用利用耦合式“?！毙退酿佁结橉侂姾童B層微帶技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對整個L/S波段導(dǎo)航信號的覆蓋。其中饋電部分采用同軸子和探針印制板共同構(gòu)成“?！别侂娊Y(jié)構(gòu)，克服采用金屬加工帶來的加工難度大和精度難保證等問題；L、S輻射體采用印刷在印制板兩面的金屬貼片來實(shí)現(xiàn)，在一層印制板上實(shí)現(xiàn)了L、S頻段兩個輻射體以及S頻段地板的多重功能。

天線主體結(jié)構(gòu)為一個金屬支撐座，該結(jié)構(gòu)邊沿具有兩級臺階面、中心具有金屬圓臺，不僅實(shí)現(xiàn)了饋電探針印制板和輻射印制板的架設(shè)，同時對L/S頻段電磁波均有整流作用，在寬角范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)高相位中心穩(wěn)定性和抗多徑性能。

以上所述，僅為本發(fā)明一個具體實(shí)施方式，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。

本發(fā)明說明書中未作詳細(xì)描述的內(nèi)容屬于本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員的公知技術(shù)。