[实用新型]螺旋GPS授时天线

说明书

技术领域

本实用新型涉及GPS卫星导航定位、通信和电波传播等技术领域，特别是一种螺旋GPS授时天线。

背景技术

时间信号的准确与否，直接关系到人们的日常生活、工业生产和社会发展。随着科学技术的发展，精确的时间同步需求越来越广泛。利用GPS接收机接收卫星上的“原子钟”时间信号，然后把数据传输给单片机进行处理并显示出时间，不同设备将各自GPS接收机输出的时间信号修正成标准时间，便可使不同设备之间的时间精确统一，其精度可达到几十纳秒。

随着技术的不断发展，GPS接收机的集成度越来越高，价格越来越低。因此，GPS授时已经成为目前应用最广泛的高精度卫星授时手段。到2005年止，世界上使用GPS单信道C/A码进行授时的精度可达11.5ns，使用多信道C/A码进行授时的精度可达5.7ns。这种卫星授时同步技术在航空航海、陆上交通、科学考察、极地探险、地理测量、气象预报、设备巡检、系统监控等方面的应用日益广泛。

目前，市场上的GPS授时天线有介质贴片天线和四臂螺旋天线。介质贴片天线的缺点是增益低，不能抑制多路径效应，在净空条件较差时，难以保证授时精度。四臂螺旋天线结构复杂，正交平衡馈电复杂，对加工精度有较高的要求，制作成本较高，同时该种天线增益较低，不适合应用于多路径干扰严重的环境。市面上高增益、能抑制多路径效应的授时天线价格昂贵，难以被广大用户所接受。普通GPS授时天线在使用时，必须选择净空条件好、远离反射源、避开电磁干扰的场地，环境的好坏直接影响授时系统的精度。在实际使用过程中，想要完全满足使用条件是很难的，尤其是在一些特殊的使用场合，如在高楼林立的城市、群山环抱的山谷、遮挡严重的原始森林、多路径干扰强的舰船等，恶劣的使用环境极大地限制了授时系统的使用。市面上高增益、能抑制多路径效应的授时天线价格昂贵，难以被广大用户所接受，因此，设计一种结构简单、增益高、能抑制多路径效应的螺旋GPS授时天线具有重大意义，且有着广泛的使用空间。

发明内容

本实用新型的目的是在于提供一种方向性强、增益高、结构简单、成本低，并能抑制多路经效应的螺旋GPS授时天线。

为了实现本实用新型的目的，发明人提出了一种螺旋GPS授时天线的技术方案，它包括天线管体、固定结构、连接结构、基座、低噪声放大器五部分组成，所述天线管体按右旋方式、沿管体布置有螺旋导线固定节距，管体根部设有外螺纹，且有一凹槽，以利于固定结构将天线管体垂直固定在基座上。管体其余部分按右旋方式设有螺旋线槽，天线导线绕在螺旋线槽内，保持天线导线具有均匀的节距，以免导线在管体上滑动而改变天线性能。螺旋导线的节距为5cm，圈数为15匝，槽的直径为2.5mm，槽深度为1.5mm。

所述固定结构由固定螺帽、止动垫片和管体上的外螺纹结构组成，止动垫片呈圆形并沿外圆布置有外凸起卡轮和一个内凸卡，相邻两个外凸起卡轮夹角为30°，内凸起卡在天线管体末端的凹槽内，固定螺帽设有间相等的凹槽，与止动垫片上的外凸起卡轮匹配紧固，外凸起卡轮在天线管体固定后，弯折后卡在固定螺帽的凹槽内，防止天线管体转动。

所述连接结构由带法兰盘的50欧姆N型接头组成。N型接头的法兰盘固定在基座接地面的背面，在天线导体根部取1/4圈螺旋进行渐变锥削过渡至同轴线，然后将其连接点焊接到N型接头的信号柱上，这样天线接收到的信号就能通过接头传给接收设备。

所述基座由杯状接地面和木制固定圆盘组成，杯状接地面可以有效降低天线的旁瓣和后瓣，杯底中心开有直径57mm的圆孔，以方便将天线体穿过杯状接地面后垂直固定在基座上。在中心孔一侧设有两个小孔，用于固定50欧姆N型接头的法兰盘，天线导体根部的1/4圈螺旋进行渐变锥削过渡后，穿过两个小孔之间的小孔，焊接在50欧姆N型接头的信号柱上。同时，杯状接地面四周设有四个对称的孔，并与木制固定圆盘上的四个小孔匹配连接固定。木制固定圆盘中心开有圆孔，用于天线固定。

所述低噪声放大器是市面上生产的GPS低噪声放大器，其增益可以根据连接线的长度选择，以保证将天线信号无衰减地传输给接收设备。

本实用新型的优越性在于：

1)方向性强、高增益、低噪声系数。该天线的方向性可以达到24.5°，天线的增益为12.5dB，当前端接有30dB低噪声放大器时，天线的总体增益可以增加到42dB，噪声系数为0.9。该天线可以使用较长的电缆，且能在卫星信号较弱的地区使用。

2)快速锁定卫星，运行稳定。高增益使得接收机接收到的信号较强，容易快速捕获跟踪卫星，从而快速锁定卫星，提供授时功能。