CN103579782A - 一种多频圆极化天线 - Google Patents

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姚远
张友博
俞俊生
陈晓东
刘小明
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Abstract

本发明提供的一种多频圆极化天线，包括：矩形介质板和天线片，该天线片自矩形介质板的端角起、沿矩形介质板的一条边设置，天线片垂直于该矩形介质板，天线片包括三个天线支节，与该三个天线支节分别连接、用于为该三个天线支节馈电的环形结构，第一天线支节和第二天线支节谐振在不同的工作频率，第三天线支节分别垂直于第一天线支节和第二天线支节。本发明的多频圆极化天线可实现多个频段卫星信号的接收，同时具有尺寸小、结构简单、造价低等优点。

Description

一种多频圆极化天线
技术领域
本发明涉及定位天线领域，特别涉及一种多频圆极化天线。
背景技术
随着无线通信技术的快速发展，全球卫星定位系统（GNSS）在各个领域得到了广泛应用。其中美国的GPS（Global Positioning System，全球定位系统）、俄罗斯的GLONASS（Global Navigation Satellite System，全球卫星导航系统），欧洲的Galileo（伽利略定位系统）和中国的BDS（BeiDou NavigationSatellite System，北斗卫星导航系统）是世界上主要的卫星定位导航系统。GPS要求接收天线在1176.45MHz（L5）、1227.6MHz(L2/L2C)和1575.42(L1/L1C)MHz三个频段上实现圆极化工作。欧洲的伽利略系统要求天线工作在1575.420MHz(E1)、1278.750MHz(E6)、1207.140MHz(E5b)、1191.795MHz(E5)和1176.450MHz(E5a)频段。随着对卫星导航定位需求的增加，单个定位系统无法提供更加准确的定位服务。为了满足接收机的多系统兼容性，实现多个导航系统的优势互补，需要研究能同时覆盖不同导航系统频段的圆极化天线。
随着手机、平板电脑等便携式设备的不断发展，手持设备提供相应的精确导航定位服务已成必然的趋势。因此需要设计多频段、小型化的圆极化天线。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种多频圆极化天线，其可实现多个频段卫星信号的接收，同时具有尺寸小、结构简单、造价低等优点。
本发明提供的一种多频圆极化天线，包括：矩形介质板和天线片，该天线片自矩形介质板的端角起、沿矩形介质板的一条边设置，天线片垂直于该矩形介质板，
天线片包括三个天线支节，与该三个天线支节分别连接、用于为该三个天线支节馈电的环形结构，第一天线支节和第二天线支节谐振在不同的工作频率，第三天线支节分别垂直于第一天线支节和第二天线支节。
优选地，所述环形结构包括：沿天线片的长度方向设置的弯折部、与弯折部的一端连接的馈电线、与弯折部的另一端连接的短路线、以及设置在介质板的背向天线片的一侧的金属片，
馈电线、短路线的一端分别与弯折部连接，另一端均与金属片连接。
优选地，所述弯折部为沿天线片的长度方向依次排列的多个蜿蜒线结构。
优选地，所述第一天线支节位于弯折部的一侧，第二天线支节和第三天线支节位于弯折部的另一侧，第三天线支节与第二天线支节相交连接。
优选地，所述第一天线支节、弯折部设置于天线片的朝向矩形介质板的一侧，
所述第二天线支节、第三天线支节、馈电线、短路线设置于介质板的朝向天线片的一侧。
优选地，所述环形结构的周长为一个工作波长。
优选地，所述馈电线、短路线包括一个或多个蜿蜒线结构。
优选地，所述天线片的背向矩形介质板的一侧进一步包括用于阻抗匹配的金属片。
由上述技术方案可见，在本发明中，在本发明中，通过谐振在不同工作频率下的第一天线支节和第二天线支节，本发明的多频圆极化天线同时覆盖不同的导航系统频段，满足多系统兼容性的要求。进一步地，通过设置与谐振在不同工作频率下的两个天线支节均垂直的第三天线支节，其产生与第一、第二天线支节垂直的电场，且相位相差90度，从而实现了圆极化。
本发明的多频圆极化天线的结构简单，通过合理的位置设置在较小的空间内实现了多频圆极化天线的布置，具有小型化、结构简单、造价低的优点，能够应用于各种便携式设备中，使便携式设备能够实现多系统兼容性。
附图说明
图1为本发明的多频圆极化天线的结构示意图。
图2为本发明的多频圆极化天线的发射系数图。
图3为本发明的多频圆极化天线的轴比图。
图4为本发明的多频圆极化天线工作在1.575GHz的辐射方向图。
图5为本发明的多频圆极化天线工作在1.278GHz的辐射方向图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本发明进一步详细说明。
图1为本发明的多频圆极化天线的结构示意图。如图1所示，本发明提供的一种多频圆极化天线，包括：矩形介质板10和天线片20，该天线片20自矩形介质板10的端角起、沿矩形介质板10的一条边设置，天线片20垂直于该矩形介质板10。矩形介质板10的形状尺寸与该天线要应用的装置相同，例如，本发明的天线应用于智能手机的导航定位中，则矩形介质板10的形状尺寸与智能手机的大小相同。
如图1所示，天线片20包括三个天线支节21、22和23，以及与该三个天线支节分别连接、用于为该三个天线支节馈电的环形结构。三个天线支节21、22和23为天线的主要辐射结构，其中，第一天线支节21和第二天线支节22谐振在不同的工作频率，第三天线支节23分别垂直于第一天线支节21和第二天线支节22。由于第一天线支节21和第二天线支节22谐振在不同的工作频率，因此，本发明的天线可覆盖不同的系统频段。第三天线支节23与第一天线支节21和第二天线支节22均垂直，其产生与第一天线支节21和第二天线支节22垂直的电场，且相位相差90度，从而能够实现圆极化。三个天线支节21、22和23的位置和方向可根据具体的应用情况来确定，但必须保证第三天线支节23与第一天线支节21和第二天线支节22均垂直。
优选地，环形结构包括：沿天线片20的长度方向设置的弯折部24、与弯折部24的一端连接的馈电线25、与弯折部24的另一端连接的短路线26、以及设置在矩形介质板10的背向天线片20的一侧的金属片27。如图1所示，金属片27布满整个矩形介质板10的背面，其用于模拟智能手机的电路板，在放置天线片20的位置处留有一矩形空白以放置天线片20，也就是说，当本发明的天线应用在例如智能手机的具体装置中时，该装置的电路板即替代本发明中的金属片27。馈电线25、短路线26的一端分别与弯折部24连接，另一端均与金属片20连接。
依次顺序连接的弯折部24、短路线26、金属片27和馈电线25形成了一个闭合回路的环形结构，应用为三个天线支节21、22和23馈电。优选地，该环形结构的周长为一个工作波长。
具体地，弯折部24为沿天线片20的长度方向依次排列的多个蜿蜒线结构。本发明中所指的蜿蜒线结构如图2所示的包括多个平行设置的金属线，其中相邻的两个金属线的两端交替地连接，即包括多个开口方向交替排列的U型线。蜿蜒线的结构能够大大减小弯折部24所占的空间长度，可根据天线片20的大小调整蜿蜒线的金属线的长度、相邻两条金属线的间隔等。通过蜿蜒线的结构，本发明的多频圆极化天线能够实现小型化，有利于应用在便携式设备中。进一步地，馈电线25、短路线26也可包括一个或多个蜿蜒线结构。
优选地，为了合理地利用空间，达到小型化的目的，第一天线支节21位于弯折部24的一侧，第二天线支节22和第三天线支节23位于弯折部24的另一侧，第三天线支节23与第二天线支节22相交连接。
例如，第一天线支节21、弯折部24设置于天线片20的朝向矩形介质板10的一侧，第二天线支节22、第三天线支节23、馈电线25、短路线26设置于介质板10的朝向天线片20的一侧。第二天线支节22、第三天线支节23、馈电线25、短路线26均与弯折部24的底侧连接，第一天线支节21与弯折部24的顶侧连接。由于馈电线25和短路线26分别与弯折部24的两端连接，因此，第二天线支节22和第三天线支节23设置于馈电线25和短路线26之间。
进一步地，天线片20的背向矩形介质板10的一侧进一步包括用于阻抗匹配的金属片28。金属片28的大小、位置和形状可根据天线性能进行调整以达到最优的性能。
根据如上结构能够设计工作在两个频率下的圆极化导航天线，图2至图图5示出了天线的各项仿真性能。图2是天线的反射系数图，如图2所示，本发明的多频圆极化天线可分别在1.278GHz和1.575GHz附近谐振。图3是天线的轴比图，如图3所示，天线在1.278GHz和1.575GHz附近的轴比小于3dB，实现了比较理想的圆极化特性。图4和图5为天线分别在两个工作频段的辐射特性，分别是对应工作频段上在X-Z面和Y-Z面的辐射特性。
由上述技术方案可见，在本发明中，通过谐振在不同工作频率下的第一天线支节和第二天线支节，本发明的多频圆极化天线同时覆盖不同的导航系统频段，满足多系统兼容性的要求。进一步地，通过设置与谐振在不同工作频率下的两个天线支节均垂直的第三天线支节，其产生与第一、第二天线支节垂直的电场，且相位相差90度，从而实现了圆极化。
本发明的多频圆极化天线的结构简单，通过合理的位置设置在较小的空间内实现了多频圆极化天线的布置，具有小型化、结构简单、造价低的优点，能够应用于各种便携式设备中，使便携式设备能够实现多系统兼容性。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。

Claims (8)

1.一种多频圆极化天线，其特征在于，包括：矩形介质板和天线片，该天线片自矩形介质板的端角起、沿矩形介质板的一条边设置，天线片垂直于该矩形介质板，
天线片包括三个天线支节，与该三个天线支节分别连接、用于为该三个天线支节馈电的环形结构，第一天线支节和第二天线支节谐振在不同的工作频率，第三天线支节分别垂直于第一天线支节和第二天线支节。
2.根据权利要求1所述的多频圆极化天线，其特征在于，所述环形结构包括：沿天线片的长度方向设置的弯折部、与弯折部的一端连接的馈电线、与弯折部的另一端连接的短路线、以及设置在介质板的背向天线片的一侧的金属片，
馈电线、短路线的一端分别与弯折部连接，另一端均与金属片连接。
3.根据权利要求2所述的多频圆极化天线，其特征在于，所述弯折部为沿天线片的长度方向依次排列的多个蜿蜒线结构。
4.根据权利要求2或3所述的多频圆极化天线，其特征在于，所述第一天线支节位于弯折部的一侧，第二天线支节和第三天线支节位于弯折部的另一侧，第三天线支节与第二天线支节相交连接。
5.根据权利要求4所述的多频圆极化天线，其特征在于，所述第一天线支节、弯折部设置于天线片的朝向矩形介质板的一侧，
所述第二天线支节、第三天线支节、馈电线、短路线设置于介质板的朝向天线片的一侧。
6.根据权利要求2所述的多频圆极化天线，其特征在于，所述环形结构的周长为一个工作波长。
7.根据权利要求2或6所述的多频圆极化天线，其特征在于，所述馈电线、短路线包括一个或多个蜿蜒线结构。
8.根据权利要求1所述的多频圆极化天线，其特征在于，所述天线片的背向矩形介质板的一侧进一步包括用于阻抗匹配的金属片。
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