一种抗水深多频通信导航复合天线的制作方法

一种抗水深多频通信导航复合天线的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于天线技术领域，具体设及一种能够兼容抓S B1 S L/GPSL1/UHF/WIFI 六频段、其外形结构能抗水下压力、适用于水下航行器通信导航设备的抗水深多频通信导 航复合天线。
【背景技术】
[0002] 水下航行器无论是无人自主还是有人操纵，通信导航是其必要组成部分，而天线 是通信导航设备必不可少的部件。从2003年开始，我国相继研制成功了拥有自主知识产权 的北斗一号和北斗二号卫星导航系统，能够实现在局部地区提供与GI^相当的精准定位，还 能提供一次传送120个汉字的短报文通信信息，其中北斗一号L频段和S频段具有收发功能， 具有定位和授时功能，依据北斗和GPS定位设备，可W实现航行器的水面导航和定位，依据 北斗通信设备，可W实现超视距范围内航行器工作在水面时与监控中屯、的信息交互；另外 特高频化HF)应用广泛，海陆空军中的通信大都依赖UHF，依据UHF，可W实现数十公里范围 内航行器工作在水面时与监控中屯、的信息实时交互;WiFi可W将母船水面监控系统与航行 器组建成近距无线局域网，实现数据的近距高速无线传输。因此将北斗系统抓S、GPS、UHF和 WIFI集成至水下航行器对其使用会提供很大的便利和安全，运就需要多频段复合天线。由 于航行器在水面通信导航时，受到风、浪、流影响严重，因此需要克服定位误差大及信息传 输成功率低的难题，同时需要提高某些频段天线的低仰角增益。此外，航行器潜入水下航行 时，天线裸露至海水压力环境中，需要具有耐水压能力。综上，抗水深多频段航行器通信导 航天线就显得尤为迫切，虽然国内外有些专利有此考虑，如沈阳自动化所2012年申请的实 用新型专利CN203589222 U:水下机器人用银星与GPS组合天线，将GI^和银星两种频段天线 集成并具有耐水压能力，但集成频段少，难W满足水下机器人多方位、多区域的应用前景。

【发明内容】

[0003] 本发明的目的在于提出一种兼容抓S S、L和B1频段、GPS L1频段、UHF频段和WIFI 频段的用户机天线，W解决多频段天线隔离度性能差和低仰角增益低而导致的层间互禪大 的问题的抗水深多频通信导航复合天线。
[0004] 本发明的目的是运样实现的：一种抗水深多频通信导航复合天线，包括1透波天线 罩、UHF套筒天线2、UHF套筒天线馈电硬同轴电缆3、抓S S四臂螺旋天线4、UHF/抓S S天线硬 双同轴电缆5、WIFI频段贴片天线6、抓S L B1/GPS L1频段左/右旋极化天线7、馈电网络板 9、底板10和第一密封橡皮圈11第二密封橡皮圈12、馈电探针8底座13,其特征在于:所述的 UHF套筒天线2采用套筒天线结构，硬同轴电缆3的外导体与四分之一波长的圆柱套筒2.1相 连；同轴圆柱套筒2.1起到四分之一波长扼流圈的作用，硬同轴电缆的下部附加一扼流圈 2.2。
[0005] 所述的抓S S频段的四臂螺旋天线4采用四臂螺旋天线结构，该抓S S频段的四根 螺旋天线螺旋臂4.3长2λ/4,分别绕制成1/2圈，由于2λ/4臂长为偶数，且末端为短路处理， 所w该天线结构提高了天线的低仰角增益。
[0006] 所述的WIFI频段贴片天线6采用微带结构，WIFI频段贴片天线的基板6.5,上印制 有边长为L6.7的正方形贴片6.2，所述的方形贴片W实现线极化特性，WIFI天线的贴片上设 有第一探针孔6.1，中屯、处设有短路隔离环6.4。
[0007] 所述的抓8 161/6?8 1^频段左/右旋极化天线7采用微带结构，该天线的基板7.4 上印有边长为L7.6的正方形贴片7.1，应用同一块贴片实现抓S L B1/GPS L1频段;该天线 贴片上设有第二、第Ξ探针馈电7.3;中屯、处设置短路隔离环7.2;硬双同轴电缆线5与馈电 探针7.3经过良好的绝缘处理。
[0008] 所述的馈电网路板9的下面印有微带移相器9.5,实现90°移相，左右旋极化输出。 所述的微带移相器9.5 W外的金属部分通过若干个金属化过孔9.4与上表面9.7短路连接。
[0009] 所述的底板10的腔体中屯、设有短路隔离环10.1，六个频段的信号的同轴电缆通过 该隔离环引入到航行器内部。
[0010] 所述馈电探针8采用直径为φ 0. 9mm的=个铜质材料制成，该=个探针安装在所述 两个贴片天线6、7及所述馈电网络板9组成叠层结构上，其上端和下端分别与各自对应的贴 片和馈电网络相连。
[0011] 所述的底座13的腔体中设有密封0型圈槽，密封0型圈槽13.1安装密封0型圈11，密 封0型圈槽13.2安装密封0型圈12。
[0012] 本发明的有益效果在于：
[0013] 本发明采用套筒结构、四臂螺旋结构、不同厚度、相同介电常数的微带贴片天线自 上而下依次排列的共轴层叠技术，同时采用套筒结构的扼流圈作用、四臂螺旋结构提升低 仰角增益，减少了对接地面积的依赖，缩小了体积。高介电常数基板和不同频段天线贴片的 形状各异的分形技术，W满足更多用户需求。
[0014] 本发明在馈电网络层上设置有金属化过孔的技术，进一步提高各馈电端口之间的 隔离度，减少了天线工作时不同频段之间的相互干扰。
[001引本发明由于将UHF套筒天线、BDS S四臂螺旋天线、两个贴片天线融合到用户机天 线机体上，使得该用户机天线能够实现兼容多个频段，且可W收发同时工作的功能，有效拓 展了使用范围。
【附图说明】
[0016] 图1时本发明中的多频抗水深复合天线结构示意图；
[0017] 图2是本发明中的UHF套筒天线结构示意图；
[001引图3是本发明中的抓S S四臂螺旋天线结构示意图；
[0019] 图4是本发明中的WIFI频段贴片天线结构示意图；
[0020] 图5是本发明中的抓S L B1和GP化1频段天线结构示意图；
[0021 ]图6是本发明中的馈电网络板结构示意图；
[0022] 图7是本发明中的底板结构示意图；
[0023] 图8是本发明中的底座结构示意图。
【具体实施方式】
[0024] 为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清晰明了，W下结合附图和具体实施 例，对本发明作进一步详细描述。
[0025] 为实现W上目的，本发明包括:透波天线罩1、UHF套筒天线2、UHF套筒天线硬同轴 电缆线3、抓S S四臂螺旋天线4、UHF/BDS S馈电硬双同轴电缆线5、WIFI频段贴片天线6、抓S L B1/GPS L1频段左/右旋极化天线7、馈电网络板9、底板10和馈电探针8。所述六个频段天 线UHF套筒天线2、抓S S四臂螺旋天线4、WIFI天线6、Ξ个频段贴片天线7根据结构自上而下 依次排列，共轴层叠而成;所述的UHF套筒天线2、抓S S四臂螺旋天线4通过硬双同轴电缆穿 过短路隔离环6.47.29.2;所述两个贴片天线67的贴片通过馈电探针8与馈电网络板9连接。 其特征在于:WIFI频段贴片天线6、抓S L B1/GPS L1频段贴片天线7和馈电网络板9的中屯、 设置有短路隔离环6.47.29.2,提高隔离度。
[0026] 作为优选，UHF套筒天线2采用套筒天线的结构，硬同轴电缆3的外导体与四分之一 波长的圆柱套筒2.1相连。同轴圆柱套筒2.1起到四分之一波长扼流圈的作用。硬同轴电缆 的下部附加一扼流圈2.2, W进一步地扼制电流漏泄，W改善福射方向图。见图2。
[0027] 作为优选，BDS S频段的四臂螺旋天线4采用四臂螺旋天线结构。该抓S S频段的四 根螺旋天线螺旋臂4.3长2λ/4,绕分别制成圈。由于2λ/4臂长为偶数，则末端为短路处 理。该天线结构无需依赖天线底部的多径板，减少体积。见图3。
[00%]作为优选，WIFI频段贴片天线6采用微带结构，该WIFI频段贴片天线的基板6.5,上 印制有边长为L6.7的正方形贴片6.2,所述的方形贴片W实现线极化特性，所述的WIFI天线 的贴片6.2上设有第一探针孔6.1，安装馈电探针。中屯、处设有短路隔离环6.4,提高隔离度。 同轴电缆和馈电探针经过良好的绝缘处理，W免发生短路。见图4。
[0029] 作为优选，BDS L B1频段和GP化1频段天线采用微带结构，该天线的基板7.4上印 有边长为L7.6的正方形贴片7.1，应用同一块贴片实现抓S L B1/GPSL1频段。该天线上贴片 上设有第二、第Ξ探针孔7.3,安装馈电探针，中屯、处设有短路隔离环7.2,提高隔离度，所述 的上层馈电探针6.1经绝缘处理，经过短路隔离环7.2，W免发生短路。
[0030] 作为优选，所述的馈电网路板9的两个馈电9.6由抓S L B1频段和GP化1频段天线 的馈电探针引入，通过微带移相器9.5,实现90°移相，左右旋极化输出，UHF套筒天线2和抓S S四臂螺旋天4的硬双同轴电缆经馈电网路板9的短路隔离环9.2引出；馈电网路板9的馈电 9.11由WIFI天线的馈电探针引入。所述的微带移相器9.5W外的金属部分通过若干个金 属 化过孔9.4与上表面9.7短路连接。
[0031] 作为优选，Ξ个馈电探针8采用φ 0.9mm的铜质材料制成，该Ξ个探针安装在所述 两个贴片天线67及所述的馈电网络板9组成叠层结构上，其上端和下端分别与各自对应的 贴片和馈电网络相连。
[0032] 参照图1，本实例包括透波天线罩（1)、UHF套筒天线（2)、UHF套筒天线硬同轴电缆 (3)、BDS S四臂螺旋天线(4KUHF/BDS S硬双同轴电缆线巧）、WIFI频段贴片天线(6)、抓S L B1/GPS L1频段左/右旋极化天线(7)、馈电网络板(9)、底板（10)和馈电探针(8)。各频段的 天线与馈电网络板(9)形成共轴层叠结构;其中UHF和BDS S两个螺旋天线（2)(4)的馈电通 过硬双同轴电缆线(5)穿过WIFI频段贴片天线(6)、抓S L B1/GPS L1频段天线(7)、馈电网 络板(9)的短路隔离环(6.4)(7.2)(9.2)引出。WIFI频段贴片天线(6)、抓S L B1/GPS L1频 段左/右旋极化天线（7)的馈电探针(8)安装在该共轴层叠结构上，上下端分别与其对应的 贴片和馈电网络板(9)相连。底板（10)在天线整体的底部，并与天线整体通过螺纹连接固 定，六个频段的天线馈电从馈电网络板(9)经过底板（10)的中屯、孔（10.1)引入到水下航行 器内部，形成具有多个天线端口，兼容多个频段的用户机天线，天线罩（1)设置在天线整体 顶部，通过螺纹与底板(10)连接固定。
[0033] 参照图2，UHF套筒天线(2)，采用套筒结构，天线硬同轴电缆(3)的外导体与一直径 为φ 5mm，长度为四分之一波长的圆柱套筒(2.1)相连，同轴圆柱套筒(2.1)起到四分之一 波长扼流圈的作用。同轴电缆的下部附加一长度为λ/4的扼流圈（2.2)，W进一步地扼制电 流漏泄W改善福射方向图。
[0034] 参照图3,抓S S频段的四臂螺旋天线(4)采用四臂螺旋天线结构。该抓S S频段的 四根螺旋天线螺旋臂(4.3)长2λ/4,分别绕制成1/2圈。由于是2λ/4臂长为偶数，则末端为短 路处理。四根螺旋臂采用cpLmm的康铜丝，长度均等。该天线结构提高了天线的低仰角增益。
[0035] 参照图4，WIFI频段贴片天线（6)采用微带结构，该WIFI频段贴片天线基板(6.5)， 厚度h6.8为4mm，介电常数Er为9.2,其上印制有边长L6.7的正方形贴片(6.2)，边长L6.7为 25mm。该贴片的中间处设有直巧为φ 5mm的短路隔离环（6.4)，提高隔离度。在距离中屯、 4.5mm设有馈电孔(6.1)，安装φ 0.9mm的馈电探针(8)。馈电探针要有良好的绝缘，避免硬 双同轴电缆线(5)与馈电探针(8)发生短接现象。
[0036] 参照图5，BDS L B1频段和GPS L1频段天线（7)采用微带结构，该天线采用基板 (7.4)，厚度为h7.7为4.5mm，介电常数Er为9.2,其上印制有边长为L7.6的正方形贴片 (7.1)，边长L7.6为39mm，该贴片的中屯、处设有直径为φ Om皿的短路隔离环(7.2)，该天线 的贴片上设有两个金属处理的馈电孔(7.3)，安装φ 0.9mm的馈电探针(8)。抓S L B1频段 和GPS L1频段天线(7)的馈电通过馈电探针(8)引入到馈电网路板(9)。
[0037] 参照图6的正视图6(a)、侧视图6(b)，所述馈电网路板(9)的基板(9.1)，厚度h9.15 为0.8mm，介电常数ετ3为4.6;该馈电网络板的下面印制有抓S L B1频段和GP化1频段的馈电 网络（6.5);馈电网络W外的金属部分，通过若干个金属化过孔(6.3)与上表面6.7短路连 接，用于提高个馈电端口之间的隔离度；引入到水下航行器的五根同轴电缆(6.10)(6.11) (6.12) (6.13) (6.14)分别与馈电网络板（9)的馈电输入端相连，其中同轴电缆（6.10) (6.14)分别与馈电网路板(9)的的移相器输出端(6.8)相连;同轴电缆(6.11)(6.13)分别与 穿过馈电网络板Φ 13mm短路隔离环的硬双同轴电缆相连；同轴电缆(6.12)与馈电网路板 (9)的输入端(6.9)相连。
[003引参照图7，所述的底板（10)的腔体中设有直径为φ llmm的中屯、孔（10.1) "UHF套筒 天线（2)、抓8 8四臂螺旋天线(4)、￥伴1频段贴片天线(6)、抓8 161/6?8 1^频段左/右旋极 化天线(7)的同轴电缆由中屯、孔(10.1)引入到水下航行器内部。
[0039] 参照图8,所述的底座（13)的腔体中设有密封0型圈槽，密封0型圈槽（13.1)安装密 封0型圈（11)，密封0型圈槽(13.2)安装密封0型圈（12)，防止抗水深多频复合天线水下工作 时进水，保证它的正常工作。
[0040] W上发明仅是本发明的一个优选实例，在本发明精神范围内所作的任何改动和变 化，都在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1. 一种抗水深多频通信导航复合天线，包括（1)透波天线罩、UHF套筒天线(2)、UHF套筒 天线馈电硬同轴电缆(3)、BDS S四臂螺旋天线(4)、UHF/BDS S天线硬双同轴电缆(5)、WIFI 频段贴片天线（6)、BDS L Bl/GPS Ll频段左/右旋极化天线（7)、馈电网络板(9)、底板（10) 和第一密封橡皮圈（11)第二密封橡皮圈（12)、馈电探针(8)底座（13)，其特征在于:所述的 UHF套筒天线（2)采用套筒天线结构，硬同轴电缆(3)的外导体与四分之一波长的圆柱套筒 (2.1) 相连；同轴圆柱套筒(2.1)起到四分之一波长扼流圈的作用，硬同轴电缆的下部附加 一扼流圈（2.2)。2. 根据权利要求1所述的一种抗水深多频通信导航复合天线，其特征在于:所述的BDS S频段的四臂螺旋天线（4)采用四臂螺旋天线结构，该BDS S频段的四根螺旋天线螺旋臂 (4.3) 长2λ/4,分别绕制成1/2圈，由于2λ/4臂长为偶数，且末端为短路处理，所以该天线结 构提高了天线的低仰角增益。3. 根据权利要求1所述的一种抗水深多频通信导航复合天线，其特征在于:所述的WIFI 频段贴片天线(6)采用微带结构，WIFI频段贴片天线的基板(6.5)，上印制有边长为L6.7的 正方形贴片(6.2)，所述的方形贴片以实现线极化特性，WIFI天线的贴片上设有第一探针孔 (6.1) ，中心处设有短路隔离环(6.4)。4. 根据权利要求1所述的一种抗水深多频通信导航复合天线，其特征在于:所述的BDS L Bl/GPS Ll频段左/右旋极化天线（7)采用微带结构，该天线的基板(7.4)上印有边长为 L7.6的正方形贴片(7.1)，应用同一块贴片实现BDS L Bl/GPS Ll频段;该天线贴片上设有 第二、第三探针馈电（7.3);中心处设置短路隔离环(7.2);硬双同轴电缆线（5)与馈电探针 (7.3) 经过良好的绝缘处理。5. 根据权利要求1所述的一种抗水深多频通信导航复合天线，其特征在于:所述的馈电 网路板(9)的下面印有微带移相器(9.5)，实现90°移相，左右旋极化输出。所述的微带移相 器(9.5)以外的金属部分通过若干个金属化过孔(9.4)与上表面(9.7)短路连接。6. 根据权利要求1所述的一种抗水深多频通信导航复合天线，其特征在于:所述的底板 (10)的腔体中心设有短路隔离环（10.1)，六个频段的信号的同轴电缆通过该隔离环引入到 航行器内部。7. 根据权利要求1所述的一种抗水深多频通信导航复合天线，其特征在于:所述馈电探 针(8)采用直径为φ 〇. 9nun的三个铜质材料制成，该三个探针安装在所述两个贴片天线(6)、 (7)及所述馈电网络板(9)组成叠层结构上，其上端和下端分别与各自对应的贴片和馈电网 络相连。8. 根据权利要求1所述的一种抗水深多频通信导航复合天线，其特征在于:所述的底座 (13)的腔体中设有密封O型圈槽，密封O型圈槽（13.1)安装密封O型圈（11)，密封O型圈槽 (13.2)安装密封O型圈（12)。
【专利摘要】本发明属于天线技术领域,具体涉及一种能够兼容BDS？B1？S？L/GPSL1/UHF/WIFI六频段、其外形结构能抗水下压力、适用于水下航行器通信导航设备的抗水深多频通信导航复合天线。一种抗水深多频通信导航复合天线，包括透波天线罩、UHF套筒天线、UHF套筒天线馈电硬同轴电缆、BDS？S四臂螺旋天线、UHF/BDS？S天线硬双同轴电缆、WIFI频段贴片天线、BDS？L？B1/GPS？L1频段左/右旋极化天线、馈电网络板、底板和第一密封橡皮圈、第二密封橡皮圈、馈电探针、底座。
【IPC分类】H01Q1/50, H01Q1/12, H01Q1/52, H01Q21/28, H01Q1/38, H01Q1/36
【公开号】CN105490020
【申请号】CN201510884132
【发明人】张勋, 孙跃华, 肖遥, 严浙平, 张宏瀚, 陈涛, 周佳加
【申请人】哈尔滨工程大学
【公开日】2016年4月13日
【申请日】2015年12月4日