一种用于卫星导航测量型天线的扼流圈制造技术

一种用于卫星导航测量型天线的扼流圈，包括竖直设置的圆柱形中芯，在中芯上由下至上等间距设置有多个圆形的扼流圈，各扼流圈均与中芯同轴设置，上下相邻的扼流圈之间形成扼流圈槽，扼流圈槽的宽度即为上下相邻扼流圈之间的间距，位于中芯顶部的扼流圈上竖直设置有一金属圆环，金属圆环的直径即位于中芯顶部的扼流圈的直径，金属圆环与中芯同轴设置，所述金属圆环的上端外缘为一圈具有连续的锯齿的锯齿形外缘，位于中芯顶部的扼流圈与金属圆环所围成的带锯齿外缘的腔体即为反射腔体。本实用新型专利技术在竖直扼流圈的基础上结合了位于竖直扼流圈顶部的带锯齿外缘的反射腔体，在减小扼流圈整体直径的同时，提高了对天线背向辐射抑制的效果。

【技术实现步骤摘要】
一种用于卫星导航测量型天线的扼流圈
本技术涉及天线领域，特别地，涉及一种应用于卫星导航测量型天线的小型化扼流圈。
技术介绍
高精度测量天线是高精度卫星导航应用终端的传感装置，其性能直接决定着系统定位精度。衡量高精度测量天线性能的一个关键指标是天线的抗多径能力，反映在天线设计上即背向辐射抑制能力。目前，应用最为广泛，技术最为成熟可靠的天线背向辐射抑制装置是扼流圈。扼流圈是围绕在天线外围的一系列(通常约为4～5圈)接地金属同心圆环，与接地面一起形成一系列(比圆环少一个)圈槽结构，圈槽的高度和宽度均由工作频率决定，一般，圈槽的高度约为1/4个波长，宽度约为1/20～1/10个波长。这种天线周边的圈槽结构能够抑制天线的表面波传播，从而实现天线背向辐射的抑制，故称其为扼流圈。传统的平面扼流圈和三维扼流圈虽然性能优越，但缺点是尺寸比较庞大，整体金属铸造导致重量过大，安装不便。对于北斗三号全球系统而言，还有大量的境外监测站建造任务，过大的天线会加重运输及安装的负担。另一方面，对商用天线而言，小型化天线由于其轻便，灵活和低成本的特点也一直受到更多的青睐。目前已经出现的一些小型化高精度天线技术还存在各种各样的缺陷。如：风火轮天线在某些频点的辐射效率低，增益不够；抑制表面波贴片天线的水平方向增益落差过大会导致天线的水平增益过低，卫星观测弧段过短，并且这种天线频带很窄，并不适合多星座观测需求的应用场合。总体而言，这些小型化的高精度天线还难以满足大地级的监测站应用，目前唯一宣称能够达到大地级高精度应用标准的轻质型天线是天宝公司的ZephyrGeodetic，该天线利用隐身飞机表面阻抗涂层消除贴片天线的表面波，达到抑制背向辐射的目的，该天线的剖面大为降低，但是为了实现超过30dB的前后比，天线的直径超过300mm。由此可见，限制扼流圈天线应用范围的最大制约因素是其体积和重量。通常情况下，普通扼流圈的直径大于300mm，整体由金属铸造，重量为5～8千克。由于不方便携带，扼流圈天线通常应用在地面监测站，参考站等无需频繁移动或者完全固定的场合。而一些移动的高精度测量应用，如野外地质测量等，往往只能采用抗多径性能相对弱化的非扼流圈高精度天线。目前尚未检索到能够方便携带，适用于野外测量场合的小型化扼流圈高精度天线。
技术实现思路
针对现有技术存在的缺陷，本技术目的在于提供一种用于卫星导航测量型天线的扼流圈，其是一种小型化的扼流圈，其体积小、重量轻，但是能够提供不亚于传统扼流圈的抗多径能力，从而拓展扼流圈天线的应用范围，同时降低扼流圈高精度天线的成本。为实现上述目的，本技术采用以下技术方案：一种用于卫星导航测量型天线的扼流圈，包括竖直设置的圆柱形中芯，在中芯上由下至上等间距设置有多个圆形的扼流圈，各扼流圈均与中芯同轴设置，上下相邻的扼流圈之间形成扼流圈槽，扼流圈槽的宽度即为上下相邻扼流圈之间的间距，位于中芯顶部的扼流圈上竖直设置有一金属圆环，金属圆环的直径即位于中芯顶部的扼流圈的直径，金属圆环与中芯同轴设置，所述金属圆环的上端外缘为一圈具有连续的锯齿的锯齿形外缘，位于中芯顶部的扼流圈与金属圆环所围成的带锯齿外缘的腔体即为反射腔体。本技术的扼流圈结构区别于传统扼流圈的地方是多个扼流圈上下设置，相邻扼流圈之间形成的扼流圈槽呈上下叠放，而无需向外围拓展，这样就大大减小了扼流圈整体直径。为了在减小扼流圈整体直径的同时，提高本技术这种竖直扼流圈对天线背向辐射抑制的效果，本技术在竖直扼流圈的基础上结合了位于竖直扼流圈顶部的带锯齿外缘的反射腔体共同完成天线的背向辐射抑制。将天线辐射元放置于带锯齿外缘的反射腔体内，其表面波传播至反射腔体其上端外缘(即金属圆环的上端外缘)，如果反射腔体其上端外缘是平整的，在上端外缘就可以形成稳定的环形感应电流，并激发稳定的极化辐射。而本技术金属圆环的上端外缘为锯齿形外缘，锯齿形外缘能够改变边缘的电流分布，对有锯齿的口面，电流密度可以分解为延圆环切向的分量和垂直于切向的分量，由于垂直向上和垂直向下的电流密度几乎一样多，锯齿口面可以形成辐射的有效电流小于无锯齿的口面有效电流，故其背向散射较小。这就是锯齿形结构一致背向散射的机理。带锯齿外缘的反射腔体其锯齿外缘能够破坏这种稳定环形感应电流的形成，减弱极化辐射的激发，从而抑制天线背向辐射。进一步地，上下相邻扼流圈之间的间距相等。进一步地，所有扼流圈以及金属圆环均采用相同厚度的金属制成。进一步地，整个扼流圈为一体成型的整体结构，采用铸造或者开模浇铸的方式成型。进一步地，多个形状规则或者不规则的锯齿首尾相接围合形成了金属圆环的上端外缘。进一步地，本技术优选采用规则形状的锯齿，所述金属圆环的上端外缘上的锯齿形状、尺寸均相同，锯齿可以为方形锯齿、梯形锯齿、三角形锯齿或者正弦锯齿。金属圆环的上端外缘上呈圆周分布有一圈连续当然，也可以将金属圆环的上端外缘设计为一圈连续的、均匀或不均匀分布的、不规则形状的锯齿形外缘，不过虽然一些复杂的不规则锯齿形状有可能得到的很好的背向辐射抑制，但是对于天线的研究不仅应考虑理论上的最优效果，还应考虑工程上的可实现性。对于本技术提供的用于卫星导航测量型天线的扼流圈，对比具有方形锯齿、梯形锯齿、三角形锯齿以及正弦锯齿的用于卫星导航测量型天线的扼流圈，不同形状锯齿对频点前后比改善效果不同。在L2频段，正弦锯齿提升效果最好，三角形锯齿次之，在L1频段，三角形锯齿效果最好，正弦锯齿其次。总体而言，三角形锯齿和正弦锯齿的改善效果优于其他形状。不同形状锯齿对低仰角增益提升效果不同，在整个L频段，按照低仰角增益提升量排序依次为方形锯齿，梯形锯齿，三角形锯齿和正弦锯齿。但是无论是加载何种形状的锯齿结构天线仰角10°最小增益均大于-5dB。进一步地，锯齿深度对天线性能存在影响，所述金属圆环的最大竖直高度即为反射腔体高度，锯齿深度与反射腔体高度的高度比值在0.6～0.8之间。整个L频段内，当深度比值小于0.8时，前后比随锯齿深度增加；L2频段内，仰角10°轴比在锯齿深度与反射腔体高度的高度比值为0.6时最佳。进一步地，反射腔体高度对天线性能也存在影响，综合考虑各方面性能，反射腔体高度的优选范围是51mm～57mm。进一步地，锯齿的个数对天线性能也存在影响，综合考虑各方面性能，金属圆环的上端外缘上分布有8～12个连续且均匀的方形锯齿、梯形锯齿、三角形锯齿或者正弦锯齿。相对于现有技术，本技术产生了以下有益技术效果：本技术通过竖直扼流圈结合带锯齿外缘的反射腔体，能够使天线的抗多径能力达到甚至超过传统扼流圈天线的水平，而其体积约为后者的1/3～1/5。附图说明图1给出了本技术的一具体实施例的整体结构剖视图；图中标号：1、中芯；2、扼流圈；3、扼流圈槽；4、金属圆环；5、锯齿；6、反射腔体。图2是在表1所提供的设计参数下经仿真得到的天线各项性能的频率曲线图；其中图2(a)是天线的前后比曲线图；图2(b)是天线的仰角10°最小增益曲线图；图2(c)是天线的仰角10°最大轴比曲线图；图2(d)是天线的相位中心稳定度曲线图。图3是几种带不同形状锯齿外缘的反射腔体，其中图3(a)至图3(d)分别示出了带方形锯齿，梯形锯齿，三角形锯齿和正弦锯本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于卫星导航测量型天线的扼流圈，其特征在于：包括竖直设置的圆柱形中芯，在中芯上由下至上等间距设置有多个圆形的扼流圈，各扼流圈均与中芯同轴设置，上下相邻的扼流圈之间形成扼流圈槽，扼流圈槽的宽度即为上下相邻扼流圈之间的间距，位于中芯顶部的扼流圈上竖直设置有一金属圆环，金属圆环的直径即位于中芯顶部的扼流圈的直径，金属圆环与中芯同轴设置，所述金属圆环的上端外缘为一圈具有连续的锯齿的锯齿形外缘，位于中芯顶部的扼流圈与金属圆环所围成的带锯齿外缘的腔体即为反射腔体。

【技术特征摘要】
1.一种用于卫星导航测量型天线的扼流圈，其特征在于：包括竖直设置的圆柱形中芯，在中芯上由下至上等间距设置有多个圆形的扼流圈，各扼流圈均与中芯同轴设置，上下相邻的扼流圈之间形成扼流圈槽，扼流圈槽的宽度即为上下相邻扼流圈之间的间距，位于中芯顶部的扼流圈上竖直设置有一金属圆环，金属圆环的直径即位于中芯顶部的扼流圈的直径，金属圆环与中芯同轴设置，所述金属圆环的上端外缘为一圈具有连续的锯齿的锯齿形外缘，位于中芯顶部的扼流圈与金属圆环所围成的带锯齿外缘的腔体即为反射腔体。2.根据权利要求1所述的用于卫星导航测量型天线的扼流圈，其特征在于：上下相邻扼流圈之间的间距相等。3.根据权利要求1所述的用于卫星导航测量型天线的扼流圈，其特征在于：多个形状规则或者不规则的锯齿首尾相接围合形成了金属圆环的上端外缘。4.根据权利要求3所述的用于卫星导航测量型天线的扼流圈，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：李柏渝，李杜，刘思佳，李立勋，吴礼杰，刘晓龙，李峥嵘，张可，倪少杰，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科技大学，
类型：新型
国别省市：湖南,43