一種適用于精密進近參考接收機的寬帶天線的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種適用于精密進近參考接收機的寬帶天線，由級聯的四臂螺旋疊層天線、饋電網絡和低噪聲放大電路組成。四臂螺旋疊層天線包括層疊放置的分別接收不同頻段的衛星信號的上層四臂螺旋天線和下層四臂螺旋天線。它實現了可接收GPS的L1和L2C頻段、北斗的B1和B2頻段、GALILEO的E1和E5頻段信號接收，天線增益均勻并具有高相位中心，有利于實現飛行器精密進近所需的多系統、多頻點、完好性處理。
【專利說明】一種適用于精密進近參考接收機的寬帶天線

【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種衛星導航增強系統接收機寬帶天線，尤其是一種適用于精密進近參考接收機的寬帶天線，屬于衛星導航航空應用【技術領域】。

【背景技術】
[0002]衛星導航成為航空飛行器定位的一種重要技術途徑，可應用于航路飛行和精密進近。為滿足飛行器精密階段的精度和完好性要求，需要引入地基增強系統，它由多臺參考接收機和完好性處理信息設施組成。
[0003]為進一步增強衛星導航系統的可用性、連續性和完好性，多系統多頻點的增強系統是發展趨勢。其中的參考接收機需要接收處理多個衛星導航系統的多個頻點信號。
[0004]參考接收機為了監測衛星導航信號強度變化，希望天線增益均勻，通常的衛星導航天線不具備該特點。
[0005]Lopez，A.R等在GPS landing system reference antenna, IEEE, Volume: 52, ISSE:1, 2010, Page: 104-113中使用21個陣元形成I路信號，構成的天線方向圖增益均勻，但僅接收GPS的L1、L2和L5頻點，且其天線呈“桿”狀，加上天線支撐桿，整體尺寸具有一定高度，安裝時需要考慮機場的限高要求。
[0006]目前的技術方案主要是針對GPS系統，不包含其它衛星導航系統。
[0007]本實用新型依據四臂螺旋天線特點，設計了多系統多頻點的精密進近參考接收機的寬帶有源天線，通過選擇適當的物理尺寸來形成均勻增益的輻射方向圖，以滿足精密進近參考接收機高性能處理需求，且天線尺寸小。
實用新型內容
[0008]本實用新型要解決的技術問題是提供一種適用于精密進近參考接收機的寬帶有源天線，增益具有均勻特性。
[0009]為解決上述技術問題，本實用新型所采取的技術方案是:
[0010]一種適用于精密進近參考接收機的寬帶有源天線，由級聯的四臂螺旋疊層天線、饋電網絡和低噪聲放大電路組成；所述四臂螺旋疊層天線包括層疊放置的上層四臂螺旋天線和下層四臂螺旋天線；所述上層四臂螺旋天線和下層四臂螺旋天線分別接收不同頻段的衛星信號。
[0011]所述上層四臂螺旋天線和下層四臂螺旋天線均由四根長度一致的螺旋導線，等間距圍中軸繞制而成。所述上層四臂螺旋天線接收1.5G頻段的衛星信號，所述下層四臂螺旋天線接收1.2G頻段的衛星信號。
[0012]所述上層四臂螺旋天線的螺旋升角為45°，天線直徑為25mm ;所述下層四臂螺旋天線的其螺旋升角為65°，螺旋臂的寬度為2mm，天線直徑為35mm。
[0013]所述饋電網絡為電橋饋電網絡。
[0014]所述電橋饋電網絡包括電橋芯片N1-N6 ;所述電橋芯片N1、N3的3腳和4腳分別接上層四臂螺旋天線各螺旋導線的饋電端口 ；所述電橋芯片N5、N7的3腳和4腳分別接下層四臂螺旋天線各螺旋導線的饋電端口 ；所述電橋芯片N2的3腳和4腳分別接所述電橋芯片NI和N3的I腳，其I腳作為所述電橋饋電網絡的第一輸出端；所述電橋芯片N6的3腳和4腳分別接所述電橋芯片N5和N7的I腳，其I腳作為所述電橋饋電網絡的第二輸出端。
[0015]所述低噪聲放大電路由低噪聲放大器A1-A3、帶通濾波器Z1-Z2、合路器N4、電阻R1-R6、電容C1-C4、電感LI組成；所述低噪聲放大器Al和A2的輸入端分別接所述電橋饋電網絡的第一輸出端和第二輸出端，其輸出端分別接所述帶通濾波器Zl和Z2的I腳；所述電阻R1-R3首尾相接，電阻Rl和R2間的結點接所述帶通濾波器Zl的2腳，電阻Rl和R3間的結點接合路器N4的3腳，電阻R2和R3間的結點接地；所述電阻R4-R6首尾相接，電阻R4和R5間的結點接所述帶通濾波器Z2的2腳，電阻R4和R6間的結點接合路器N4的4腳，電阻R5和R6間的結點接地；所述低噪聲放大器A3的I腳經電容C3接合路器N4的6腳，其6腳經電感LI接+3.3V電源，其4腳接電容C4 ；電容C4的另一端作為所述低噪聲放大電路的輸出端。
[0016]采用上述技術方案所產生的有益效果在于:
[0017]1、本實用新型采用寬帶設計，實現了 GPS的LI和L2C頻段、北斗的BI和B2頻段、GALILEO的El和E5頻段信號的陣列接收，具有寬頻帶特點，滿足了參考接收機的多模多頻點需求；每路信號合成I路輸出，便于連接使用。
[0018]2、本實用新型的天線增益具有均勻特性，有利于實現飛行器精密進近所需的多系統、多頻點、完好性處理。天線具有高穩定性相位中心。
[0019]3、本實用新型天線具有理想半球輻射特性，便于在低仰角處形成較高增益。滿足衛星導航航空增強應用中對低仰角衛星的完好性監測需求。
[0020]4、本實用新型的兩個頻段信號分別放大再濾波，保證了不受到帶外干擾信號影響，并具有良好信道選擇性。
[0021]5、本實用新型有利于降低設備體積與功耗，便于高精度測量。

【專利附圖】

【附圖說明】
:
[0022]圖1是本實用新型四臂螺旋疊層天線陣元的原理框圖；
[0023]圖2是本實用新型四臂螺旋疊層天線陣元的結構圖；
[0024]圖3是本實用新型饋電網路和低噪聲放大器的電路原理圖。
[0025]1:上層四臂螺旋天線，2:銅桿，3:下層四臂螺旋天線，4:底座

【具體實施方式】
[0026]如圖1所示，所述適用于精密進近參考接收機的寬帶天線由級聯的四臂螺旋疊層天線、饋電網絡和低噪聲放大電路組成。所述四臂螺旋疊層天線包括層疊放置的上層四臂螺旋天線和下層四臂螺旋天線；所述上層四臂螺旋天線和下層四臂螺旋天線分別接收不同頻段的衛星信號。
[0027]如圖2所示，所述上層四臂螺旋天線和下層四臂螺旋天線均由四根長度一致的螺旋導線，等間距圍中軸繞制而成。所述上層四臂螺旋天線和下層四臂螺旋天線均由四根長度一致的螺旋導線，等間距圍中軸繞制而成。所述上層四臂螺旋天線接收1.5G頻段的衛星信號，所述下層四臂螺旋天線接收1.2G頻段的衛星信號。
[0028]為保證精密進近系統參考天線的寬波束、增益均勻特性，將天線的側向輻射特性作重點設計。螺旋天線諧振頻率所對應的波長為由天線直徑和螺旋升角決定:
[0029]λ = Ji d (1+cos a ) /sin α
[0030]依據此設計公式，對天線進行優化設計，優化仿真結果為:
[0031]上層四臂螺旋天線接收1.5G頻段的衛星信號，其螺旋升角為45°，直徑為25mm;下層四臂螺旋天線接收1.2G頻段的衛星信號，其螺旋升角為65°，螺旋臂的寬度為2mm，直徑為35_。
[0032]所述饋電網絡為電橋饋電網絡。
[0033]如圖3所示，所述電橋饋電網絡包括電橋芯片N1-N6 ;所述電橋芯片N1、N3的3腳和4腳分別接上層四臂螺旋天線各螺旋導線的饋電端口 ；所述電橋芯片N5、N7的3腳和4腳分別接下層四臂螺旋天線各螺旋導線的饋電端口 ；所述電橋芯片N2的3腳和4腳分別接所述電橋芯片NI和N3的I腳，其I腳作為所述電橋饋電網絡的第一輸出端；所述電橋芯片N6的3腳和4腳分別接所述電橋芯片N5和N7的I腳，其I腳作為所述電橋饋電網絡的第二輸出端。
[0034]如圖3所示，所述低噪聲放大電路由低噪聲放大器A1-A3、帶通濾波器Z1-Z2、合路器N4、電阻R1-R6、電容C1-C4、電感LI組成；所述低噪聲放大器Al和A2的輸入端分別接所述電橋饋電網絡的第一輸出端和第二輸出端，其輸出端分別接所述帶通濾波器Zl和Z2的I腳；所述電阻R1-R3首尾相接，電阻Rl和R2間的結點接所述帶通濾波器Zl的2腳，電阻Rl和R3間的結點接合路器N4的3腳，電阻R2和R3間的結點接地；所述電阻R4-R6首尾相接，電阻R4和R5間的結點接所述帶通濾波器Z2的2腳，電阻R4和R6間的結點接合路器N4的4腳，電阻R5和R6間的結點接地；所述低噪聲放大器A3的I腳經電容C3接合路器N4的6腳，其6腳經電感LI接+3.3V電源，其4腳接電容C4 ；電容C4的另一端作為所述低噪聲放大電路的輸出端。
[0035]根據GPS的LI和L2C頻段、北斗的BI和B2頻段、GALILEO的El和E5頻段信號的頻點設置，每個系統的兩個頻點，分別屬于兩個頻段:L1、B1、E1信號屬于1.5GHz頻段，L2C、B2、E5信號屬于1.2GHz頻段。
[0036]四臂螺旋疊層天線采用將兩個四臂螺旋天線進行疊層放置形式，上層螺旋天線工作在1.5GHz頻段，下層螺旋天線工作在1.2GHz頻段。上層螺旋天線的四個螺旋臂電流幅值相等，采用電橋饋電，4個端口間的相位差依次為0°、90°、180°、270°方式進行饋電。下層螺旋天線的四個螺旋臂電流幅值相等，采用電橋饋電，4個端口間的相位差依次為0°、90°、180°、270°方式進行饋電。
[0037]上層螺旋天線采用柔性PCB結構，將其彎折，并與天線輻射振子印刷成于一體。下層螺旋天線底部采用平面PCB結構設計。
[0038]上層螺旋天線的饋電線纜從高度為69mm,直徑為1mm的銅管內部穿過，上層螺旋天線和下層螺旋天線距離51mm。
[0039]饋電網路采用Anaren公司的XC1400P-03S，其幅相不平衡度為0.3dB/4°，具有良好的幅相平衡特性，并保證了天線優異的軸比和相位中心穩定度。
[0040]低噪聲放大器前級采用WANTCOM公司的超低噪聲器件WHM14-3020LE，帶通濾波器CMF44C1575C32B和NBF4565C1166C98A分別將1.5GHz頻段和1.2GHz頻段的衛星導航信號濾出。
[0041]電阻R1、R2、R3和R4、R5、R6組成兩個級間匹配網絡，保證帶通濾波器的端口具有較小的電壓駐波比，從而使帶通濾波器良好的幅頻特性不受后端的影響。
[0042]應用MIN1-CIRCUITS的SBTC-2-25將兩個頻段信號合路，之后進行低噪聲放大，整個限幅場放的噪聲系數小于0.8dB,增益為40dB。
[0043]兩個頻段信號分別放大再濾波的設計保證了不受到帶外干擾信號影響，并具有良好信道選擇性。
【權利要求】
1.一種衛星導航多系統多頻點的四臂螺旋寬帶天線，其特征在于:由級聯的四臂螺旋疊層天線、饋電網絡和低噪聲放大電路組成；所述四臂螺旋疊層天線包括層疊放置的上層四臂螺旋天線和下層四臂螺旋天線；所述上層四臂螺旋天線和下層四臂螺旋天線分別接收不同頻段的衛星信號。
2.—種根據權利要求1所述的衛星導航多系統多頻點的四臂螺旋寬帶天線，其特征在于:所述上層四臂螺旋天線和下層四臂螺旋天線均由四根長度一致的螺旋導線，等間距圍中軸繞制而成；所述上層四臂螺旋天線接收1.5G頻段的衛星信號；所述下層四臂螺旋天線接收1.2G頻段的衛星信號。
3.—種根據權利要求2所述的衛星導航多系統多頻點的四臂螺旋寬帶天線，其特征在于:所述上層四臂螺旋天線的螺旋升角為45°，直徑為25mm，所述下層四臂螺旋天線的螺旋升角為65°，螺旋臂的寬度為2mm，直徑為35mm。
4.一種根據權利要求1中任一所述的衛星導航多系統多頻點的四臂螺旋寬帶天線，其特征在于:所述饋電網絡為電橋饋電網絡。
5.一種根據權利要求4所述的衛星導航多系統多頻點的四臂螺旋寬帶天線，其特征在于:所述電橋饋電網絡包括電橋芯片N1-N6 ;所述電橋芯片N1、N3的3腳和4腳分別接上層四臂螺旋天線各螺旋導線的饋電端口 ；所述電橋芯片N5、N7的3腳和4腳分別接下層四臂螺旋天線各螺旋導線的饋電端口 ；所述電橋芯片N2的3腳和4腳分別接所述電橋芯片NI和N3的I腳，其I腳作為所述電橋饋電網絡的第一輸出端；所述電橋芯片N6的3腳和4腳分別接所述電橋芯片N5和N7的I腳，其I腳作為所述電橋饋電網絡的第二輸出端。
6.一種根據權利要求1-5所述的任一衛星導航多系統多頻點的四臂螺旋寬帶天線，其特征在于:所述低噪聲放大電路由低噪聲放大器A1-A3、帶通濾波器Z1-Z2、合路器N4、電阻R1-R6、電容C1-C4、電感LI組成；所述低噪聲放大器Al和A2的輸入端分別接所述電橋饋電網絡的第一輸出端和第二輸出端，其輸出端分別接所述帶通濾波器Zl和Z2的I腳；所述電阻R1-R3首尾相接，電阻Rl和R2間的結點接所述帶通濾波器Zl的2腳，電阻Rl和R3間的結點接合路器N4的3腳，電阻R2和R3間的結點接地；所述電阻R4-R6首尾相接，電阻R4和R5間的結點接所述帶通濾波器Z2的2腳，電阻R4和R6間的結點接合路器N4的4腳，電阻R5和R6間的結點接地；所述低噪聲放大器A3的I腳經電容C3接合路器N4的6腳，其6腳經電感LI接+3.3V電源，其4腳接電容C4 ；電容C4的另一端作為所述低噪聲放大電路的輸出端。
【文檔編號】H01Q21/30GK204179238SQ201420711549
【公開日】2015年2月25日 申請日期:2014年11月24日 優先權日:2014年11月24日
【發明者】邢兆棟, 董建明, 屈崇祥, 張輝, 徐良 申請人:中國電子科技集團公司第五十四研究所