提高底仰角增益抗干扰天线阵列的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种提高底仰角增益抗干扰天线阵列，其特征在于，它包括多个天线单元和同轴连接器,同轴连接器与天线单元连接，各个天线单元相互具有一定的间隔，天线单元包括介质辐射体、天线垫片、介质线路板和线路板支架，介质线路板设置在线路板支架上，天线垫片设置在介质辐射体的反射面与线路板反射面之间，并以胶粘或焊接方式连为一体。本发明的优点是各天线单元的低剖面增益高、各天线单元隔离度高、满足各种收发天线的性能需求以及一体化设计所带来的加工便利，适合批量生产。
【专利说明】提高底仰角增益抗干扰天线阵列
【技术领域】
[0001]本发明涉及天线【技术领域】，更具体的是涉及一种可应用于抗干扰系统中，并各单元具有提高低剖面高增益的北斗天线阵列。
【背景技术】
[0002]飞航导弹数据链系统中，抗干扰能力以及低剖面增益都是关键指标。目前阵列天线技术是进一步提高系统抗干扰能力的有效手段之一，因此阵列天线技术在飞航导弹数据链系统中的应用问题也成为一个重点。
[0003]目前应用于北斗系统、GPS(全球定位系统)的圆极化天线，大多采用进口微波板材料的天线，来实现圆极化、小型化特性。这些天线虽然剖面低、能实现小型化，但是由于微波板天线价格昂贵、其生产工艺较复杂，介电常数分布均匀性差，加工精度要求比较高，以及受热后容易导致天线性能的恶化，使得在大型阵列天线设计中，应用难度大。
[0004]而北斗抗干扰系统里面，天线单元性能除了要满足驻波、工作带宽、轴比之外、在天线系统实际测试中，更重要的是要满足天线低剖面的增益要求以及增益不圆度要求，但是在阵列天线设计中，反射板周边的各天线单元四周的反射面都不可能对称，导致天线单元在低剖面增益的不圆度受到一定的影响。
[0005]考虑到上述情况，有必要为抗干扰系统开发一种新型的天线阵列方案，提供比现有的天线有更高的低剖面增益、增益不圆度差、易加工、一致性较好的天线阵列。
【发明内容】
[0006]本发明的目的就是为了解决现有技术之不足而提供的一种各单元一体化程度高、结构新颖、加工容易，尺寸也满足小型化要求的提高底仰角增益抗干扰天线阵列。
[0007]本发明是采用如下技术解决方案来实现上述目的:一种提高底仰角增益抗干扰天线阵列，其特征在于，它包括多个天线单元和同轴连接器，同轴连接器与天线单元连接，各个天线单元相互具有一定的间隔，天线单元包括1、介质辐射体、2、天线垫片、3、介质线路板以及4、线路板支架，介质线路板设置在线路板支架上，天线垫片设置在介质辐射体的反射面与线路板反射面之间，并以胶粘或焊接方式连为一体。
[0008]作为上述方案的进一步说明，天线阵列中多个天线单元的设置布局为:中间设置一个天线单元作为发射系统，在发射系统四周设置至少四个天线单元作为接收系统，并在作为接收系统的天线单元外圆周设置作为GPS、GLONASS组合定位系统的天线单元。
[0009]所述天线阵列包括11个天线单元，作为中心的一个天线单元D设置北斗I代发射系统，北斗I代发射系统四周设置4个天线单元C，为北斗I代接收系统，在北斗I代接收系统外圆周设置6个天线单元，其中两个天线单元A设置GPS、GL0NASS组合定位系统，另外4个天线单元B设置北斗2代接收系统。
[0010]所述11个天线单元设置在同一圆形底盘上，各个天线单元的介质辐射体呈矩形，天线单元D设置在圆形底盘的中心,4个天线单元C和4个天线单元B构成以圆形底盘圆心为中心的内、外环分布结构，4个天线单元B呈十字型分布，4个天线单元C分别设置在每两个天线单元B之间的间隔位置，4个天线单元C的内侧边均与天线单元D的四个边角连接，两个天线单元A分别设置在呈对角分布的两个天线单元C的外侧的天线单元B之间的间隔位置。
[0011]所述同类天线单元间的间距为半波长。
[0012]所述同轴连接器为MCX连接器；天线单元采用方形贴片切角以及双点馈电两种方式实现圆极化。
[0013]所述每个天线单元的天线垫片都采用长宽为28mm*28mm,厚度为2?6mm的金属垫片，能进行天线架高，虽然天线低剖面增益随着高度的提高由低到高的趋势增加，但高度超过合适范围后，低剖面增益变差，因此，金属垫片最大厚度不能超过6_。
[0014]所述北斗I代发射系统采用28*28*4的陶瓷天线，介电常数为8_11 ;北斗I代接收系统单元用25*25*3的陶瓷天线，介电常数为8 ;北斗2代接收系统用35*35*6的陶瓷天线，介电常数为8-11 ；GPS,GLONASS组合定位系统单元用25*25*4的陶瓷天线，介电常数为25。
[0015]所述同轴连接器的内芯与介质辐射体通过介质线路板进行相连，介质辐射体、天线垫片与介质线路板通过锡焊熔在一起，结构牢固可靠，并且天线垫片在馈针位上开有过孔，保证介质辐射体的辐射面与天线垫片的反射面隔离。
[0016]所述天线阵列中多个天线单元的设置布局为:中间设置一个天线单元作为收发系统，在发射系统四周设置至少四个天线单元作为接收系统。
[0017]所述中间设置的天线单元为接收系统和发射系统叠层组合的北斗收发天线系统，接收系统和发射系统层之间设置金属垫片；所述北斗收发天线系统采用北斗I代收发天线，四周接收系统的天线单元采用北斗2代接收天线。
[0018]所述作为收发系统的天线单元与作为发射系统的天线单元设置在一圆形底盘上，作为收发系统的天线单元设置在圆形底盘圆心，作为发射系统的天线单元的数量为4个，以圆形底盘圆心为中心，十字形分布。
[0019]本发明采用上述技术解决方案所能达到的有益效果是:
[0020]本发明采用中等介电常数的天线作为天线阵的基本结构，并且每个单元增加金属垫片，使得天线在各系统中实现低剖面高增益的性能指标，比没垫片天线低剖面增益均提高I?2DBi ;使得天线性能有明显的改善，满足抗干扰阵列天线低剖面增益的要求；并且同频段天线单元之间的间隔接近半波长，天线隔离度明显提高，减少天线的相互耦合。再者本天线阵列单元结构设计适当，天线加工容易，适合批量生产；和现有的技术相对照，具有积极和明显的效果。
【专利附图】
【附图说明】
[0021]图1是本发明天线阵列的单元结构剖面图；
[0022]图2是本发明天线阵列的总体结构示意图；
[0023]图3是本发明天线阵列的总体结构剖面图；
[0024]图4是本发明天线阵列的单元不加垫片辐射示意图；
[0025]图5是本发明天线阵列的单元增加垫片辐射示意图；[0026]图6是本发明天线阵列的另一种实现方案；
图7是本发明天线阵列的另一种实现方案结构示意图。
[0027]附图标记说明:1、天线单元；l_a、天线单元D ;l_b、天线单元C;l-c、天线单元A;Ι-d、天线单元B ;1_1、介质辐射体；1_2、天线垫片；1_3、介质线路板；1_4、线路板支架；2、同轴连接器；3、圆形底盘；4、接收天线单元；5、发射天线单元；6、金属垫片7、天线单元；8-a、8-b、8-c、8_d、天线单元。
【具体实施方式】
[0028]以下结合具体实施例对本发明的具体实施方案作进一步的详述。
[0029]实施例1
[0030]如图1-图3所示，本发明一种提高底仰角增益抗干扰天线阵列，它包括多个天线单元I和同轴连接器2，同轴连接器2与天线单元I连接，各个天线单元I相互具有一定的间隔，天线单元I包括介质辐射体1-1、天线垫片1-2、介质线路板1-3和线路板支架1-4，介质线路板1-3设置在线路板支架1-4上，天线垫片1-2设置在介质辐射体的反射面与线路板反射面之间，并以胶粘或焊接方式连为一体。其中，介质辐射体1-1采用辐射陶瓷，介质线路板采用PCB线路板，天线垫片为金属垫片。天线阵列中多个天线单元的设置布局为:中间设置一个天线单元作为发射系统，在发射系统四周设置至少四个天线单元作为接收系统，并在作为接收系统的天线单元外圆周设置作为GPS、GLONASS组合定位系统的天线单
J Li ο
[0031]本实施例，是能够应用在飞行导弹数据链抗干扰系统中的北斗天线阵列，由11个天线单元和同轴连接器组成。作为中心的一个天线单元Dl-a设置北斗I代发射系统，北斗I代发射系统四周设置4个天线单元Cl-b，为北斗I代接收系统，在北斗I代接收系统外圆周设置6个天线单元，其中两个天线单元Al-c设置GPS、GLONASS组合定位系统，另外4个天线单元Bl-d设置北斗2代接收系统。该天线阵的工作状态能同时覆盖包括北斗系统在内的多个卫星系统，其优势在于:1、相同频率的天线单元之间相隔接近该工作频率的半波长，使各天线隔离度提高，减少同频耦合；2、天线单元Dl-a为北斗I代发射天线，功率输出较大，容易对各系统的接收天线造成干扰，因此该单元对天线阵各天线单元的隔离要求高，并且该单元对仰角增益要求严格，故使之放于中间位置，保证各单元天线与天线单元Dl-a的距离。另外由于天线单元在中心、通过垫片垫高，反射地均匀对称，使天线单元Dl-a在本设计方案上有其他方案不具备的不圆度优势以及仰角增益优势；3、关键天线单元Cl-b四单元和天线单元Bl-d四单元同时组成该抗干扰天线阵的主要主体，其十字正交分布设计优势在于:各天线在独立工作状态中，天线阵具有全方位无死角的抑制干扰能力，仰角增益越大，天线阵可抑制的干扰范围越宽；4、多系统的接收天线共同工作，经过多组数据的对t匕，使单一频率的干扰信号失效，增强天线阵的抗干扰能力。
[0032]所述11个天线单元设置在同一圆形底盘3上，各个天线单元的介质辐射体呈矩形，天线单元Dl-a设置在圆形底盘的中心，4个天线单元Cl-b和4个天线单元Bl_d构成以圆形底盘圆心为中心的内、外环分布结构，4个天线单元Bl-d呈十字型分布，4个天线单元Cl-b分别设置在每两个天线单元Bl-d之间的间隔位置，4个天线单元C的内侧边均与天线单元D的四个边角连接，两个天线单元Al-c分别设置在呈对角分布的两个天线单元C的外侧的天线单元B之间的间隔位置。每个天线单元均采取采用陶瓷辐射材料进行独立工作，并且相互具有一定的间隔，保证隔离度。同类天线单元间的间距为半波长。
[0033]参见图1所示，同轴连接器内芯与辐射陶瓷通过介质线路板进行相连。辐射陶瓷、金属垫片与介质线路板通过高温锡焊熔在一起，结构牢固可靠。并且金属垫片在馈针位上开有过孔，保证天线辐射面与金属反射面隔离。
[0034]本发明选择的是介电常数为11-15陶瓷材料,厚度为4 mm,介质线路板为FR4板材，介电常数为4.4。同轴连接器为50欧姆的MCX连接器。本使用新型的天线单元采用方形贴片切角以及双点馈电两种方式实现圆极化。
[0035]本发明圆形底盘3的直径为230mm，图2所示，天线单元A采用25*25*4陶瓷片作为辐射片A，介电常数为26，天线单元B采用35*35*6陶瓷片作为辐射片B，介电常数为11 ；天线单元C采用25*25*4作为辐射片C，介电常数为9 ;天线单元D采用28*28*4陶瓷片作为辐射片D，介电常数为11。由于采用陶瓷材料，天线阵列方案实现小型化的设计。
[0036]参见图4与图5所示，金属垫片对天线阵列各个单元性能有明显的改善，图4是没加金属垫片的方向图，仰角20度增益为-2.6?-3.5dBi ;图5是加金属垫片的方向图，仰角20度增益为-0.9?-1.2dBi。仿真跟实际使用均显示，增加垫片对天线单元性能有明显改善。也是本发明天线阵列方案设计的核心。
[0037]实施例2
[0038]如图6和图7所示，本实施例中，天线阵列中多个天线单元的设置布局为:中间设置一个天线单元7作为收发系统，在发射系统四周设置至少四个天线单元8-a、8-b、8-c、8-d作为接收系统。中间设置的天线单元为接收系统和发射系统叠层组合的北斗收发天线系统，接收系统和发射系统层之间设置金属垫片。
[0039]图6是本发明的另外一种实施方案的俯视图，作为收发系统的天线单元与作为发射系统的天线单元设置在一圆形底盘上，作为收发系统的天线单元设置在圆形底盘圆心，作为发射系统的天线单元的数量为4个，以圆形底盘圆心为中心，十字形分布。
[0040]四周天线单元属于北斗2代接收天线，中间单元属于北斗I代收发天线。图6方案中由于天线阵空间有限，本方案通过35*35新型陶瓷材料实现北斗2代接收系统的小型化设计，使天线阵在有限工作范围内形成四单元十字正交天线阵，保证各天线隔离度以外，还能实现全方位抗干扰。比Y型三单元天线阵抑制干扰范围更广，更具抗干扰能力。在图7为本方案的剖面图，由图中所示，接收天线单元4与发射天线单元5叠层组合成北斗收发天线系统，通过本发明的方案进行性能上的优化，并由金属垫片6来实现。用该方案至少能将仰角20度增益提高ldB，显著提高了天线性能。
[0041]以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。
【权利要求】
1.一种提高底仰角增益抗干扰天线阵列，其特征在于，它包括多个天线单元和同轴连接器，同轴连接器与天线单元连接，各个天线单元相互具有一定的间隔，天线单元包括介质辐射体、天线垫片、介质线路板和线路板支架，介质线路板设置在线路板支架上，天线垫片设置在介质辐射体的反射面与线路板反射面之间，并以胶粘或焊接方式连为一体。
2.根据权利要求1所述的提高底仰角增益抗干扰天线阵列，其特征在于，天线阵列中多个天线单元的设置布局为:中间设置一个天线单元作为发射系统，在发射系统四周设置至少四个天线单元作为接收系统，并在作为接收系统的天线单元外圆周设置作为GPS、GLONASS组合定位系统的天线单元。
3.根据权利要求2所述的提高底仰角增益抗干扰天线阵列，其特征在于，所述天线阵列包括11个天线单元，作为中心的一个天线单元D设置北斗I代发射系统，北斗I代发射系统四周设置4个天线单元C，为北斗I代接收系统，在北斗I代接收系统外圆周设置6个天线单元，其中两个天线单元A设置GPS、GL0NASS组合定位系统，另外4个天线单元B设置北斗2代接收系统。
4.根据权利要求3所述的提高底仰角增益抗干扰天线阵列，其特征在于，所述11个天线单元设置在同一圆形底盘上，各个天线单元的介质辐射体呈矩形，天线单元D设置在圆形底盘的中心，4个天线单元C和4个天线单元B构成以圆形底盘圆心为中心的内、外环分布结构，4个天线单元B呈十字型分布，4个天线单元C分别设置在每两个天线单元B之间的间隔位置，4个天线单元C的内侧边均与天线单元D的四个边角连接，两个天线单元A分别设置在呈对角分布的两个天线单元C的外侧的天线单元B之间的间隔位置。
5.根据权利要求4所述的提高底仰角增益抗干扰天线阵列，其特征在于，所述同类天线单元间的间距为半波长；所述同轴连接器为MCX连接器；天线单元采用方形贴片切角以及双点馈电两种方式实现圆极化；所述同轴连接器的内芯与介质辐射体通过介质线路板进行相连，介质辐射体、天线垫片与介质线路板通过锡焊熔在一起，结构牢固可靠，并且天线垫片在馈针位上开有过孔。
6.根据权利要求1、2、3或4所述的提高底仰角增益抗干扰天线阵列，其特征在于，所述每个天线单元的天线垫片都采用长宽为28mm*28mm,厚度为2~6mm的金属垫片。
7.根据权利要求3或4所述的提高底仰角增益抗干扰天线阵列，其特征在于，所述北斗I代发射系统采用28*28*4的陶瓷天线，介电常数为8-11 ;北斗I代接收系统单元用25*25*3的陶瓷天线,介电常数为8 ;北斗2代接收系统用35*35*6的陶瓷天线,介电常数为8-11 ；GPS, GLONASS组合定位系统单元用25*25*4的陶瓷天线，介电常数为25。
8.根据权利要求1所述的提高底仰角增益抗干扰天线阵列，其特征在于，天线阵列中多个天线单元的设置布局为:中间设置一个天线单元作为收发系统，在发射系统四周设置至少四个天线单元作为接收系统。
9.根据权利要求8所述的提高底仰角增益抗干扰天线阵列，其特征在于，所述中间设置的天线单元为接收系统和发射系统叠层组合的北斗收发天线系统，接收系统和发射系统层之间设置金属垫片；所述北斗收发天线系统采用北斗I代收发天线，四周接收系统的天线单元采用北斗2代接收天线。
10.根据权利要求8或9所述的提高底仰角增益抗干扰天线阵列，其特征在于，所述作为收发系统的天线单元与作为发射系统的天线单元设置在一圆形底盘上，作为收发系统的天线单元设置在圆形底盘圆心，作为发射系统的天线单元的数量为4个，以圆形底盘圆心为中心，十字形分布。`
【文档编号】H01Q1/52GK103855463SQ201410076971
【公开日】2014年6月11日 申请日期:2014年3月4日 优先权日:2014年3月4日
【发明者】陈智达, 廖林, 梁伟均 申请人:广东盛路通信科技股份有限公司