一種高抗多徑的高精度測(cè)量型天線及通信設(shè)備的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及通信技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及在衛(wèi)星導(dǎo)航終端的一種高抗多徑的高精度測(cè) 量型接收天線及通信設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002] 導(dǎo)航衛(wèi)星發(fā)射信號(hào)包括載波、測(cè)距碼和數(shù)據(jù)碼，常稱為導(dǎo)航電文。接收機(jī)將導(dǎo)航電 文進(jìn)行信息處理轉(zhuǎn)換為位置、速度和時(shí)間的7維信息，完成導(dǎo)航、定位并提供時(shí)間基準(zhǔn)。高 精度GNSS的應(yīng)用中，定位測(cè)量精度提高到厘米和亞厘米量級(jí)，其天線是該接收機(jī)不可或缺 的關(guān)鍵設(shè)備，對(duì)提高GNSS的載波相位測(cè)量精度起著十分關(guān)鍵的作用。
[0003] 在GPS早期，單頻偽距碼定位的GPS-Ll接收機(jī)天線多采用微帶貼片和四臂螺旋天 線。隨著雙頻GPS差分應(yīng)用，出現(xiàn)了雙層微帶貼片天線，這類天線通過微帶介質(zhì)板的層疊解 決了GPS-Ll和GPS-L2雙頻點(diǎn)應(yīng)用，但不能完全滿足多頻寬帶應(yīng)用要求。再有微帶天線輻 射同時(shí)會(huì)產(chǎn)生表面波，由于表面波的激勵(lì)和輻射使微帶天線輻射方向圖的前后比、圓對(duì)稱 性和廣角圓極化特性都難以改進(jìn)提高。這類天線抗多徑的能力較差，很難滿足高精度載波 測(cè)量要求。之后，為抑制表面波提出了雙短路圓環(huán)的圓形微帶貼片天線，在GPS-L1、L2獲 得了明顯的效果。該設(shè)計(jì)并沒有脫離諧振概念，應(yīng)用到多頻、寬帶仍有困難。當(dāng)今多元化的 星基資源，面對(duì)多星并存、共用的應(yīng)用環(huán)境和高精度測(cè)量要求的應(yīng)用來說，微帶天線顯得多 有不足。
[0004] 多徑是指一個(gè)導(dǎo)航衛(wèi)星信號(hào)通過多個(gè)路徑到達(dá)接收機(jī)的現(xiàn)象。到達(dá)接收機(jī)信號(hào) 可以當(dāng)成是一條直達(dá)信號(hào)和多條經(jīng)反射、繞射等間接信號(hào)的疊加。多徑信號(hào)直接造成接收 機(jī)偽距測(cè)量值或載波相位測(cè)量值偏差，導(dǎo)致定位精度和定位穩(wěn)定性下降。多徑誤差是GNSS 接收機(jī)定位的主要誤差源之一。多徑干擾已成為進(jìn)一步提高接收機(jī)定位精度、穩(wěn)定性和可 靠性必須突破的難題。GNSS接收機(jī)多徑信號(hào)處理大致分為空域和時(shí)域兩類。接收機(jī)時(shí)域 處理主要是抑制多徑信號(hào)的影響，常用的有窄相關(guān)法、波形分解法，快速迭代最大似然算法 (FIMLA)，多徑估計(jì)延遲鎖相環(huán)法等，這需要占有更多的資源，使接收機(jī)設(shè)備復(fù)雜冗余。這有 背于接收機(jī)的小型化、輕量化、減低功耗、降低成本的目標(biāo)，而且對(duì)于天線周圍反射等引起 的時(shí)延小于1/15個(gè)碼片長(zhǎng)度的情況，接收機(jī)尚不能有效處理。為了提高接收機(jī)系統(tǒng)抗多徑 的能力，對(duì)于接收機(jī)單天線目前應(yīng)用最多的則是加扼流環(huán)（Choke-Ring)形式：利用扼流圈 表面阻抗呈現(xiàn)高阻抗特性來抑制表面波。扼流圈的引入大大增加了單元天線的尺寸，重量， 成本的增加也不可避免。而且扼流環(huán)的設(shè)計(jì)是基于環(huán)口呈現(xiàn)高阻抗來抑制雜散輻射。這種 作用機(jī)制是與頻率有關(guān)的，要進(jìn)一步擴(kuò)大頻帶，或進(jìn)一步提高抑制能力其實(shí)現(xiàn)也是有困難 的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，通過空間濾波的方向圖綜合 和改形的帶縫槽的半開口圓腔來抑制多徑，提供一種體小、質(zhì)輕、低成本的高抗多徑的高精 度測(cè)量型天線及通信設(shè)備。
[0006] 本發(fā)明解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案如下：一種高抗多徑的高精度測(cè)量型天線， 包括中心輻射單元組件、支撐組件、接地板組件、半開口圓腔組件、極化隔離功分裝置和透 波密封天線罩；
[0007] 所述中心輻射單元組件固定于支撐組件的頂部，所述支撐組件固定于接地板組件 中央，所述半開口圓腔組件緊靠接地板組件背面同軸安裝，所述極化隔離功分裝置安裝于 所述接地板組件的背面中心位置，所述中心輻射單元組件經(jīng)支撐組件內(nèi)置的同軸芯線與極 化隔離功分裝置連接，天線完全密封在透波密封天線罩內(nèi)。
[0008] 本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明具有完全中心對(duì)稱結(jié)構(gòu)，在中心輻射單元組件、接地 板組件和帶縫槽的半開口圓腔共同作用下實(shí)現(xiàn)多頻、寬帶和穩(wěn)定輻射相位中心特性，通過 接地板組件和帶縫槽的半開口圓腔的作用下實(shí)現(xiàn)方向圖賦形的空間濾波，可形成無后瓣的 心臟形似方向圖，有效地提高多徑抑制效能，通過四支撐桿饋電和極化隔離功分裝置實(shí)現(xiàn) 四點(diǎn)圓極化饋電，隔離交叉極化分量，所述天線還具有小型、輕量、高可靠、低成本等特性。 本發(fā)明所述天線與高精度測(cè)量型兼容接收機(jī)配用可實(shí)現(xiàn)cm或_量級(jí)的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)的定 位精度，是高端接收機(jī)和CORS基站的重要核心設(shè)備之一。
[0009] 在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本發(fā)明還可以做如下改進(jìn)。
[0010] 進(jìn)一步，所述中心輻射單元組件為中心圓對(duì)稱結(jié)構(gòu)，包括四個(gè)折彎成鈍角的扇面 振子，四個(gè)所述扇面振子兩兩正交，構(gòu)成十字交叉輻射單元。
[0011] 采用上述進(jìn)一步方案的有益效果是：本發(fā)明天線中心輻射單元由4個(gè)正交的寬 帶扇面振子組成，屬于短、矮天線，完全中心對(duì)稱結(jié)構(gòu)，具有穩(wěn)定的輻射相心，利用兩個(gè)支 撐桿形成的輔助終端短路同軸線加上端電容補(bǔ)償技術(shù)，通過獨(dú)有的展寬頻帶設(shè)計(jì)和電容 阻抗補(bǔ)償技術(shù)，不僅實(shí)現(xiàn)0° /180°的饋電balun，而且實(shí)現(xiàn)了天線饋電的寬帶匹配。在 1. 1-1. 7MHz帶內(nèi)，端口駐波比VSWR蘭1. 2,完全滿足了多星共用的多頻、多模應(yīng)用要求。
[0012] 進(jìn)一步，所述支撐組件包括四個(gè)支撐桿，兩兩支撐桿正交排布，所述中心輻射單元 組件的每個(gè)扇形振子分別安裝于四個(gè)支撐桿頂部，四個(gè)所述扇面振子與接地板組件保持相 同高度。
[0013] 進(jìn)一步，所述支撐組件的四個(gè)支撐桿中的兩個(gè)相鄰的支撐桿內(nèi)置帶匹配段的同軸 芯線，所述同軸芯線的一端連接到對(duì)側(cè)支撐桿芯線上，另一端與極化隔離功分裝置的輸入 端相連；另外兩個(gè)支撐桿同時(shí)形成底部短路的輔助調(diào)配同軸線，所述底部短路的輔助調(diào)配 同軸線通過頂部形成的分布電容使對(duì)側(cè)支撐桿同軸芯線與扇面振子保持微波連接，形成 0° /180°的平衡饋電balun，并與對(duì)側(cè)支撐桿含匹配段的同軸線形成阻抗調(diào)配網(wǎng)絡(luò)。
[0014] 采用上述進(jìn)一步方案的有益效果是：支撐組件中兩個(gè)支撐桿兼做RF饋電同軸線， 另外兩個(gè)支撐桿形成底部短路的輔助調(diào)配同軸線，與饋電同軸線中的內(nèi)置匹配段共同作 用，無需外加網(wǎng)絡(luò)則可實(shí)現(xiàn)對(duì)50D同軸線的匹配；本發(fā)明的饋電網(wǎng)絡(luò)由同軸0° /180°的 饋電'Baiun'和3dB/90°極化隔離功分裝置構(gòu)成，形成獨(dú)有的圓極化饋電裝置，不僅實(shí)現(xiàn) 對(duì)輻射中心單元形成四點(diǎn)圓極化饋電，還能隔離交叉極化（LHCP)分量，其主要成分是反射 多徑信號(hào)。該饋電裝置獨(dú)有的特征是結(jié)構(gòu)緊湊，集成度高，饋電RF損耗低，而且易與天線和 接收機(jī)集成。
[0015] 進(jìn)一步，所述中心輻射單元組件頂部通過介質(zhì)環(huán)共軸安裝一個(gè)作為引向器的圓形 金屬板。
[0016] 采用上述進(jìn)一步方案的有益效果：作為引向器的金屬平板對(duì)方向圖賦形和阻抗匹 配起作用。
[0017] 進(jìn)一步，所述接地板組件是上表面帶有多個(gè)對(duì)稱分布徑向耦合板的圓形金屬平 板，兩兩徑向耦合板構(gòu)成截止平板波導(dǎo)，阻止表面波傳輸。
[0018] 采用上述進(jìn)一步方案的有益效果是：所述接地板組件完成了方向圖賦形的空間濾 波，對(duì)提高多徑抑制效能起到了至關(guān)重要的作用，所述接地板上形成的波導(dǎo)對(duì)于沿接地板 徑向傳輸?shù)腡E模（表面波）處于截止模狀態(tài)，多個(gè)徑向平板使表面波（TE模）在傳輸過程 中被衰減，阻止了雜散輻射干擾，本發(fā)明天線抗多徑機(jī)理與扼流環(huán)不一樣，無需增加天線口 徑尺寸，其效能和頻帶優(yōu)于扼流環(huán)天線，本天線結(jié)構(gòu)更輕巧、更緊湊，更低成本，還具有更優(yōu) 的抗多徑效能、更寬的頻帶特性。
[0019] 進(jìn)一步，所述半開口圓腔組件為多個(gè)同軸層疊帶90°折彎的半開口圓環(huán)，在與接 地板組件組合安裝時(shí)，形成中心部位短路的半開口圓腔，圓腔開口向上，形成高阻抗，與接 地板組件序貫作用阻止雜散電流及其輻射。
[0020] 進(jìn)一步，所述半開口圓腔的腔壁上，從開口端形成等間距的一組徑向縫槽，阻止殘 余雜散電流在腔壁形成環(huán)電流，所述圓腔半徑和腔深及其縫槽的數(shù)量和尺寸根據(jù)需要調(diào) 整，直致雜散電流輻射完全被抑制。
[0021] 采用上述進(jìn)一步方案的有益效果是：所述帶縫槽的半開口圓環(huán)在與接地板組件 組合安裝時(shí)，中心部位形成短路，圓腔開口向上形成高阻抗，阻止雜散電流；現(xiàn)有的扼流環(huán) 裝置都是從接地板的邊緣一圈一圈的延伸，且保持環(huán)深在A/4附近，使得天線整體體積較 大，本發(fā)明從接地板底部近中心部位開始采用折彎設(shè)計(jì)，使帶縫槽的半開口圓腔的尺寸大 大縮小，另外本發(fā)明通過調(diào)整半開口腔半徑和腔深以及帶縫槽的半開口圓腔的縫槽個(gè)數(shù)和 長(zhǎng)度，能有效地抑制殘余表面波環(huán)電流的生成，可以將殘余環(huán)電流形成的后瓣完全抑制，形
雜