CN114171914B - 一种北斗天线 - Google Patents

Abstract

本申请适用于卫星通信技术领域，提供了一种北斗天线，该天线包括：由天线罩、盒体和底座构成封闭的腔体，腔体内部包括由无源天线和有源模块组成的组合体一，以及由L腔体滤波器、B1腔体滤波器、挡板和托盘组成的组合体二，组合体一位于组合体二的上方。其中，无源天线在有源模块的上方，L腔体滤波器、B1腔体滤波器和挡板在托盘的上方，且L腔体滤波器和B1腔体滤波器分别位于挡板的两侧，腔体内部的部件由线缆组件进行电连接。本申请在采用高机械强度的外部结构的同时，能够提升S频点天线的接收性能，并进一步保障了北斗天线在发射短报文时B1频点的稳定工作。

Description

一种北斗天线

技术领域

本申请属于卫星通信技术领域，尤其涉及一种北斗天线。

背景技术

我国的北斗导航***已完成全面建设，可在全球范围为军用领域和民用领域为提供卫星导航服务及短报文服务。其中，在民用领域的北斗天线通常在露天架设，易遭受恶劣天气如暴雨，冰雹及自然界中砂石的冲击，而在军用领域的北斗天线还需有一定的防弹能力及抗击***碎片的能力，因此北斗天线需要具有较高的机械强度。

目前，高机械强度的北斗天线大多采用外部高机械强度结构，来保护天线内部组件防止受损。但，这种高机械强度的外部结构会对内部的信号收发性能造成极大影响，其中最为明显的影响为S频点接收性能恶化及天线发射短报文时B1频点接收链路经常失效。

发明内容

为克服相关技术中存在的问题，本申请实施例提供了一种北斗天线，在采用高机械强度的外部结构时，能够提升S频点天线的收发性能，并进一步保障了北斗天线在天线发射短报文时B1频点的稳定工作。

本申请是通过如下技术方案实现的：

本申请实施例提供了一种北斗天线，包括：天线罩、盒体和底座，其特征在于：天线罩、盒体和底座由上到下依次紧固连接构成封闭的腔体。腔体内的部件包括组合体一和组合体二，组合体一和组合体二分别与盒体紧固连接，且组合体一位于组合体二的上方。组合体一包括无源天线和有源模块，无源天线位于有源模块的上方，无源天线和有源模块紧固连接。组合体二包括L腔体滤波器、B1腔体滤波器、挡板和托盘，其中，L腔体滤波器、B1腔体滤波器和挡板分别与托盘紧固连接。L腔体滤波器、B1腔体滤波器和挡板均位于托盘的上表面。其中，L腔体滤波器和B1腔体滤波器分别位于挡板的两侧。

在一种可能的实现方式中，北斗天线还包括线缆组件和连接器。L腔体滤波器和B1腔体滤波器通过线缆组件分别与托盘进行电连接，有源模块、托盘和连接器通过线缆组件进行电连接，线缆组件包括各种绝缘线缆、屏蔽线缆和电连接器。

在一种可能的实现方式中，无源天线为采用微带形式设计的多频天线，该无源天线的叠层由底层至顶层依次为：B2频点天线体、B3频点天线体、S频点天线体和B1与L共用天线体。

在一种可能的实现方式中，无源天线还包含天线调谐板，该天线调谐板的叠层由底层至顶层依次为：B2B3B1馈电板、B2频点调谐板、B3频点调谐板、S频点转接板、S频点调谐板、B1频点调谐板、L馈电板和L频点调谐板。

在一种可能的实现方式中，上述天线调谐板使用锡焊膏进行各叠层的层叠，经模具压接后，通过焊接凝固焊锡膏，实现所述调谐板中各叠层的物理连接。

在一种可能的实现方式中，有源模块的外部主体为铝合金材质，内部嵌有PCB板。该PCB板至少集成了B1低噪声放大器、B2低噪声放大器、B3低噪声放大器、S低噪声放大器、L功率放大器和电源处理单元。

在一种可能的实现方式中，腔体表面喷涂三防漆。

在一种可能的实现方式中，天线罩材质为高强度纤维，盒体材质为钢。

在一种可能的实现方式中，底座包含防水透气阀。

在一种可能的实现方式中，天线罩和盒体的连接处具有水密性，盒体和底座的连接处具有水密性。

本申请实施例与现有技术相比存在的有益效果是：

本申请公开了一种北斗天线中无源天线的叠层顺序，通过调整S频点调谐板与天线罩的距离，在不增加北斗天线高度的情况下，可提升北斗天线在S频点接收信号的性能。

同时，本申请还公开了一种北斗天线中在有源模块外增加B1腔体滤波器和L腔体滤波器的方案，使北斗天线中的射频电路通过B1腔体滤波器和L腔体滤波器提高收发的隔离度，保障了在进行天线发射短报文时B1频点的稳定工作。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本说明书。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本申请一实施例提供的一种北斗天线的外形示意图；

图2是本申请一实施例提供的一种北斗天线的结构分解示意图；

图3为本申请一实施例提供的一种B1腔体滤波器的俯视图；

图4为本申请一实施例提供的一种L腔体滤波器的俯视图；

图5是本申请一实施例提供的一种B1频点接收链路的局部原理图；

图6为本申请一实施例提供的一种L频点发射链路的局部原理图；

图7为现有技术的无源天线采集的S频点方向图（S频点天线***于顶层）；

图8为本申请一实施例提供的无源天线采集的S频点方向图（S频点天线***于底部第三层）。

具体实施方式

以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定***结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本申请实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本申请。在其它情况中，省略对众所周知的***、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本申请的描述。

应当理解，当在本申请说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。

还应当理解，在本申请说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。

如在本申请说明书和所附权利要求书中所使用的那样，术语“如果”可以依据上下文被解释为“当...时”或“一旦”或“响应于确定”或“响应于检测到”。类似地，短语“如果确定”或“如果检测到[所描述条件或事件]”可以依据上下文被解释为意指“一旦确定”或“响应于确定”或“一旦检测到[所描述条件或事件]”或“响应于检测到[所描述条件或事件]”。

另外，在本申请说明书和所附权利要求书的描述中，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本申请说明书中描述的参考“一个实施例”或“一些实施例”等意味着在本申请的一个或多个实施例中包括结合该实施例描述的特定特征、结构或特点。由此，在本说明书中的不同之处出现的语句“在一个实施例中”、“在一些实施例中”、“在其他一些实施例中”、“在另外一些实施例中”等不是必然都参考相同的实施例，而是意味着“一个或多个但不是所有的实施例”，除非是以其他方式另外特别强调。术语“包括”、“包含”、“具有”及它们的变形都意味着“包括但不限于”，除非是以其他方式另外特别强调。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，在未作相反说明的情况下，“上、下、左、右、内、外、顶、底”等包含在术语中的方位词仅代表该术语在常规使用状态下的方位，或为了便于描述本发明和简化描述，亦或为本领域技术人员理解的俗称，除非另有明确的规定和限定，不应视为对技术方案的限制。

现有具有高机械强度的北斗天线多采取常规的微带天线形式，其天线叠层的顺序根据波长依次变短来进行叠层，即从底层到顶层分别为B2频点天线体、B3频点天线体、B1频点天线体、L频点天线体以及S频点天线体。这种常规天线在高机械强度的外部结构下，虽然保证了天线的高机械强度，却牺牲了天线的性能，使天线的信号收发性能受其外部材质和天气的影响较大，在S频点的增益尤为明显，由于北斗短报文发射频点L与接收频点B1工作频率接近，导致短报文发射时，B1接收链路失效。

基于上述问题，本申请实施例中提供了一种高接收性、高隔离度且具有高机械强度的北斗天线。如图1所示的本申请一实施例提供的一种北斗天线的外形示意图。

参见图1中，上述北斗天线包括天线罩1、盒体4和底座10，其中天线罩1位于北斗天线的最上端，盒体4位于北斗天线的中部，底座10位于北斗天线的底部。天线罩1、盒体4和底座10由上到下紧固连接构成一个封闭的腔体。

示例性的，紧固连接的方式可以是铆接、卡扣、紧固件连接等方式，本申请不做具体限定。

在一些实施例中，为平衡北斗天线的机械强度和信号收发强度，天线罩1可以采用高强度纤维材质，盒体4可以采用合金结构钢材质。

示例性的，天线罩1采用芳纶Ⅲ纤维。将芳纶Ⅲ采用胶粘形式制作并在真空负压罐成型。该方法除利用了芳纶Ⅲ的高硬度、高耐温、抗冲击性强、耐磨性好外，还利用其良好的透波性，可在保证一定高机械强度的提前下提高信号的通过性。

在一些实施例中，天线罩1、盒体4和底座10构成的封闭腔体表面喷涂三防漆，用于应对高温、高湿以及高腐蚀等恶劣的外部环境。

在一些实施例中，天线罩1和盒体4连接处具有水密性，盒体4和底座10连接器同样具有水密性，以适应各种高温高湿等恶劣的外部环境。

示例性的，水密性可通过增加橡胶密封圈、涂抹密封胶、或采用其他手段达到防水目的，本申请不做具体限定。

在一些实施例中，还在底座10上设计了防水透气阀，以适应恶劣的湿热外部环境。

参照图2，本申请一实施例提供的一种北斗天线的结构分解示意图。

在一些实施例中，在由天线罩1、盒体4和底座10构成的密封腔体内，主要包括组合体一和组合体二。其中，组合体一位于组合体二的上方，即组合体一距离天线罩1更近，组合体二距离底座10距离更近。

示例性的，组合体一至少包括无源天线2和有源模块3，无源天线2和有源模块3紧固连接，其中无源天线2位于有源模块3的上方。

示例性的，组合体二至少包括L腔体滤波器5、B1腔体滤波器7、挡板8和托盘9，L腔体滤波器5、B1腔体滤波器7和挡板8均位于托盘9的上方，且L腔体滤波器5和B1腔体滤波器7分别位于挡板8的两侧。其中，L腔体滤波器5、B1腔体滤波器7和挡板8分别与托盘9紧固连接。

可选的，紧固连接的方式可以为紧固件连接、也可以为其他连接方式，本申请不做进一步限定。

北斗天线还包括线缆组件6，用于对天线中电气部件进行电连接，线缆组件包括各种绝缘线缆、屏蔽线缆和电连接器。

北斗天线还包括连接器11，用于将北斗天线和接收机进行连接，实现电源及信号的传输。

在一些实施例中，线缆组件6用于对L腔体滤波器5和B1腔体滤波器7进行电连接，还用于将有源模块3、托盘9和连接器11进行电连接。需要说明的是，本申请仅对涉及到发明点的部件进行电连接的具体说明，线缆组件6还可用于除上述部件外的电连接。

在一些实施例中，无源天线2采用微带天线设计的多频天线，较现有微带天线，本申请公开了一种区别于现有设计的叠层顺序，具体为：由底层至顶层依次B2频点天线体、B3频点天线体、S频点天线体和B1与L共用天线体。相应的，无源天线2中的天线调谐板的叠层也做了调整，具体为：由底层至顶层依次为：B2B3B1馈电板、B2频点调谐板、B3频点调谐板、S频点转接板、S频点调谐板、B1频点调谐板、L馈电板和L频点调谐板。

本申请实施例公开了区别于现有技术的无源天线2的叠层顺序，可在没有增加无源天线高度的前提下，使S频点调谐板与天线罩1的距离更远，降低了在S频点的方向图受天线罩的影响，增强了在S频点的法向增益，实现了北斗天线对北斗导航***工作频带的良好接收性能。

可选的，上述对天线调谐板中各叠层的层叠，可使用焊锡膏实现。

示例性的，先将焊锡膏将各调谐板、馈电板及转接板进行粘连，经模具压接后，通过回流焊接凝固焊锡膏，实现对天线调谐板中各叠层的固定。

在一些实施例中，有源模块3的外部主体为铝合金材质，内部嵌有PCB板。其中，PCB板至少集成了B1低噪声放大器、B2低噪声放大器、B3低噪声放大器、S低噪声放大器、L功率放大器和电源处理单元等元器件。

可选的，有源模块3采用高度集成方案实现多频点的放大器，并且出于对重量和成本的考量，本申请中有源模块3的外部结构采用铝合金材质，内嵌的PCB板中集成的元器件为可根据实际需要进行选取，本申请不再做具体限定。

可选的，有源模块3与托盘9、连接器11采用射频连接器进行电连接。其中托盘9与L腔体滤波器5和B1腔体滤波器7通过线缆组件6进行电连接。

在一些实施例中，由于本申请的有源模块3采用高度集成方案，为了解决北斗天线发射与接收同时工作时，B1频点链路带外干扰信号带内发射杂散的影响。本申请没有使用常规的介质滤波器，而设计了两种异性腔体滤波器：B1腔体滤波器7和L腔体滤波器5，参见图3和图4。

同时，参见图5和图6，本申请实施例还提供了通过B1腔体滤波器7和L腔体滤波器5的射频链路的电路图。

示例性的，图5为本申请一实施例提供的一种B1频点接收链路的局部原理图。图3中，B1频点的接收链路包括依次连接的无源天线2、B1腔体滤波器7、限幅器、低噪声放大器、声表滤波器一、单片放大器一、声表滤波器二、温补衰减器和单片放大器二。

示例性的，图6为本申请一实施例提供的一种L频点发射链路的局部原理图。图4中，L频点发射链路包括依次连接的单片放大器一、单片放大器二、温度补偿器、声表滤波器、驱动放大器、功率管、介质滤波器、L腔体滤波器5、隔离器和无源天线2。

本申请公开的北斗天线B1频点接收链路和L频点链路的原理图中，关于图5和图6涉及的元器件的数量和型号，则根据实际情况予以选取，本申请不做具体限定。

在现实情况中，由于L频点发射为大功率信号（L的发射链路中心频点为1615MHz），接收为小信号接收（B1接收链路的中心频率为1575MHz），当收发通道同时工作时，就出现收发隔离度差的问题（收发频率间隔为40MHz）。本申请摒弃了现有技术中的介质滤波器，公开了两种异性腔体滤波器，通过采用两个腔体滤波器，实现了40dB的收发隔离度，保证了在发射时B1频点接收链路的放大器不会因为带外干扰信号L频点的影响而出现放大器饱和状态，同时保证了L频点发射链路在接收频点B1(1575MHz)的杂散低于白噪声。

综上所述，本申请公开了一种北斗天线中无源天线的叠层顺序，通过调整S频点调谐板与天线罩1的距离，在不增加北斗天线高度的情况下，大幅提升了北斗天线在S频点接收信号的性能。

同时，本申请公开了北斗天线在有源模块外增加了单独的B1腔体滤波器和L腔体滤波器，使北斗天线中的射频电路通过B1腔体滤波器和L腔体滤波器提高收发的隔离度，保障了在进行天线发射短报文时B1频点的稳定工作。

为了验证本申请提供的北斗天线的高接收性和高隔离度，提供具体实施例如下：

常规高机械强度北斗天线中的微带天线叠层，从底层到顶层分别为B2频点天线体、B3频点天线体、B1频点天线体、L频点天线体以及S频点天线体。该无源天线在高机械强度下天线罩下，S频点天线的增益方向图受到的影响较大，S频点天线法向增益恶化严重。其测试结果参见图7。

本申请实施例通过调整S频点天线体在微带天线中叠层的位置，增加了S频点调谐板与天线罩的距离，解决了S频点天线方向图的恶化问题，实现了北实现了北斗天线对北斗导航***工作频带的良好接收性能。其测试结果参见图8。

其中，无源天线的具体实施方式为：B2频点调谐板的材质为F4BM-2，介电常数ER=3.5，尺寸为600mm(L)*500 mm (W)*2.5 mm(H)；B3频点调谐板的材质为F4BM-2，介电常数ER=4.5，尺寸为600mm(L)*500 mm (W)*2.5 mm(H)；S频点调谐板的材质为F4BM-2，介电常数ER=2.2，尺寸为300mm(L)*250 mm (W)*3 mm(H)；B1频点调谐板的材质为TP-2，介电常数ER=6.5，尺寸为135mm(L)*135 mm (W)*3mm(H)；L频点调谐板的材质为TP-2，介电常数ER=12，尺寸为150mm(L)*150 mm (W)*4mm(H)；B2B3B1LS馈电板的材质为F4BM-2，介电常数ER=3.5，尺寸为500mm(L)*500 mm (W)*0.5mm(H)；S转接板的材质为F4BM-2，介电常数ER=3.5，尺寸为500mm(L)*500 mm (W)*0.5mm(H)；L馈电板的材质为F4BM-2，介电常数ER=3.5，尺寸为500mm(L)*500 mm (W)*0.5mm(H)。

以上所述实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种北斗天线，其特征在于：天线罩（1）、盒体（4）和底座（10）由上到下依次紧固连接构成封闭的腔体；

所述腔体内的部件包括组合体一和组合体二，所述组合体一和所述组合体二分别与所述盒体（4）紧固连接，且所述组合体一位于所述组合体二的上方；

所述组合体一包括无源天线（2）和有源模块（3），所述无源天线（2）位于所述有源模块（3）的上方，所述无源天线（2）和有源模块（3）紧固连接；

所述组合体二包括L腔体滤波器（5）、B1腔体滤波器（7）、挡板（8）和托盘（9），其中，所述L腔体滤波器（5）、所述B1腔体滤波器（7）和所述挡板（8）分别与所述托盘（9）紧固连接，所述L腔体滤波器（5）、所述B1腔体滤波器（7）和所述挡板（8）均位于所述托盘（9）的上表面，所述L腔体滤波器（5）和所述B1腔体滤波器（7）分别位于所述挡板（8）的两侧；

所述无源天线（2）为采用微带形式设计的多频天线，所述无源天线（2）的叠层由底层至顶层依次为：B2频点天线体、B3频点天线体、S频点天线体和B1与L共用天线体；

所述无源天线（2）还包含天线调谐板，所述天线调谐板的叠层由底层至顶层依次为：B2B3B1馈电板、B2频点调谐板、B3频点调谐板、S频点转接板、S频点调谐板、B1频点调谐板、L馈电板和L频点调谐板；其中，所述天线调谐板使用锡焊膏进行各叠层的层叠，经模具压接后，通过焊接凝固焊锡膏，实现所述天线调谐板中各叠层的物理连接。

2.如权利要求1所述的一种北斗天线，其特征在于，所述北斗天线还包括线缆组件（6）和连接器（11），所述L腔体滤波器（5）和所述B1腔体滤波器（7）通过所述线缆组件（6）分别与所述托盘（9）进行电连接；所述有源模块（3）、所述托盘（9）和所述连接器（11）通过所述线缆组件（6）进行电连接，所述线缆组件包括各种绝缘线缆、屏蔽线缆和电连接器。

3.如权利要求1或2所述的一种北斗天线，其特征在于，所述有源模块（3）外部主体为铝合金材质，内部嵌有PCB板；所述PCB板至少集成了B1低噪声放大器、B2低噪声放大器、B3低噪声放大器、S低噪声放大器、L功率放大器和电源处理单元。

4.如权利要求1所述的一种北斗天线，其特征在于，所述腔体表面喷涂三防漆。

5.如权利要求1所述的一种北斗天线，其特征在于，所述天线罩（1）材质为高强度纤维，所述盒体（4）材质为钢。

6.如权利要求1所述的一种北斗天线，其特征在于，所述底座（10）包含防水透气阀。

7.如权利要求1所述的一种北斗天线，其特征在于，所述天线罩（1）和所述盒体（4）的连接处具有水密性，所述盒体（4）和所述底座（10）的连接处具有水密性。

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