[发明专利]一种相位中心稳定的GNSS掩星定位天线

说明书

技术领域

本发明涉及一种高精度探测的圆极化天线。

背景技术

近些年以来，国内开始研究一种基于GPS、北斗等卫星系统无线电信号探测地球大气环境的方法：卫星无线电信号在穿越地球大气层时收到大气折射影响，传播路径发生弯曲，导致用户接收机接收到的信号相位产生延迟，通过测量这些延迟量可获取大气中温度、压强、湿度、电子密度等信息。为了提高掩星探测反演精度，提出了一个基于全球卫星导航系统(GNSS)的探测系统。作为GNSS掩星探测系统中的关键部件，高精度的掩星定位天线技术已成为当前急需解决的问题。

掩星定位天线是一种宽波束覆盖天线，要求天线在宽角范围内具有较高的增益、良好的轴比性能，以及稳定的相位中心。目前的掩星定位天线多采用谐振式的螺旋天线、微带天线和普通空气腔式天线。谐振式的螺旋天线和微带天线频结构较为紧凑，具有较高的辐射效率，可实现良好的宽角波束覆盖，但是工作带宽较窄，不能覆盖GPS、BD、GALILEO以及GLONASS的频率范围；同时其相位中心在宽频带、宽波束范围内的稳定性较差。普通空气腔式天线结构也较为紧凑，工作带宽较宽，相位中心在宽频带、宽波束范围内有良好的稳定性能，天线增益较高，但是其宽角波束覆盖性能差，低仰角增益普遍较低。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种双频段、高低仰角增益和高相位中心稳定度的GNSS天线。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：包括底层辐射片、第二层辐射片、顶层辐射片、天线基板、馈电网络、馈电插针、金属固定螺钉和介质固定螺钉。

所述的底层辐射片、第二层辐射片、顶层辐射片为平行排列的金属片，所述的金属固定螺钉穿过底层辐射片、第二层辐射片、顶层辐射片的中心，所述的介质固定螺钉分别穿过底层辐射片、第二层辐射片、顶层辐射片的四角，将底层辐射片、第二层辐射片、顶层辐射片依次固定在天线基板上方；馈电网络紧贴在天极基板下表面，提供0°、90°、180°和270°相移以及等功率分配信号；所述的馈电插针贯穿天线基板和底层辐射片，连接第二层辐射片和馈电网络，且馈电插针不接触天线基板和底层辐射片。

所述的天线基板、底层辐射片、第二层辐射片和顶层辐射片之间均由空气填充。

所述的底层辐射片、第二层辐射片和顶层辐射片为相同的规则对称图形，包括正方形、菱形和圆形。

本发明的有益效果是：

(1)辐射片之间为空气介质，且底层辐射片采用耦合馈电方式，改善了输入端口的阻抗特性，能有效地提高天线的工作频带特性。天线可覆盖GPS、BD-2，GALILEO及GLONASS的频率范围。

(2)天线上部附加了一个顶层辐射片，顶层辐射片为一反射机构，通过精确控制优化其尺寸大小与离下层辐射片的间距，能有效地提高第二层辐射片和底层辐射片辐射信号的低仰角增益，同时提高天线在宽波束范围内的相位中心稳定度。

(3)通过四点馈电点形式圆极化。与普通的单点馈电及两点馈电形成圆极化相比，四点馈电结构对称，在拓展天线工作带宽的同时，能有效的改善天线在宽角范围内的辐射特性，提高天线在宽角范围内的增益电平、轴比特性、相位中心稳定度。

(4)为了提高结构强度，除了天线的四角有四个介质螺钉作为支撑，在天线的中心位置，还有一个金属螺钉对天线进行加固。

附图说明

图1为现有技术中圆极化天线的组装结构切面示意图。

图2为本发明的组装结构切面示意图。

图3为本发明的顶层辐射片正面示意图。

图4为本发明的第二层辐射片正面示意图。

图5为本发明的底层辐射片正面示意图。

图6为本发明的顶层辐射片几种形状的正面示意图。

图7为本发明的第二层辐射片几种形状的正面示意图。

图8为本发明的底层辐射片几种形状的正面示意图。

图9为现有技术中顶层辐射天线的仿真增益方向图。

图10为本发明的第二层辐射天线的仿真增益方向图。

图11为现有技术中顶层辐射天线的仿真轴比方向图。

图12为本发明的第二层辐射天线的仿真轴比方向图。

图13为现有技术中底层辐射天线的仿真增益方向图。

图14本发明的底层辐射天线的仿真增益方向图。

图15为现有技术中底层辐射天线的仿真轴比方向图。

图16为本发明的底层辐射天线的仿真轴比方向图。

具体实施方式