CN104409842A - 单层宽带gnss测量型天线 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种移动通信设备，公开了一种单层宽带GNSS测量型天线，其包括主体单元和馈电电路板，所述主体单元包括微带贴片和多个馈电片，多个所述馈电片轴对称地分布在所述微带贴片的底部边缘，所述馈电片两端分别与所述微带贴片和馈电电路板连接，所述微带贴片与馈电电路板之间设有介质层。本发明采用单层微带贴片来实现宽带双频信号接收，双频之间相位中心高误差更小，可以抑制微带天线表面波，提高天线的辐射性能。进一步地，采用均匀对称分布在天线主单元周围的多个寄生单元，实现较宽带宽(增益带宽、波束带宽、轴比带宽)和相位中心稳定性，又便于加工、频率调节、重量轻、成本低。

Description

单层宽带GNSS测量型天线

技术领域

本发明涉及一种移动通信设备，特别是涉及一种单层宽带GNSS测量型天线。

背景技术

随着全球卫星导航系统(简称GNSS，Global NavigationSatellite System)的迅速发展，卫星导航定位系统也得到了日益广泛的发展和应用，尤其是我国北斗卫星导航产业的兴起，对多系统导航能力的需求也随之增加。作为GNSS关键技术之一的高性能接收设备——卫星导航系统终端天线，已成为人们倍受关注的一个热点技术。为了能够满足兼容四大导航系统(全球定位系统、格洛纳斯定位系统、伽利略系统及北斗卫星导航系统)终端设备的应用需求，天线应具备较宽的增益带宽、波束带宽和轴比带宽，并且要求系统兼容性更强和结构更加紧凑等特点。由于微带天线具有形状小、成本低、易共形、易加工和容易实现圆极化等优点，被广泛应用于卫星导航领域。但一般的微带贴片天线存在工作带宽和圆极化轴比带宽较窄(典型值1％-3％)的缺点，不适合应用于精确测量的双频导航天线。通过降低微带天线介质基板的介电常数，增加介质基板厚度，可以改善天线的带宽，但可导致天线体积增加，重量增加，成本增加。根据GNSS定位原理及其卫星信号的特征，为实现接收机快速、连续、精确定位，还要求测量型天线具备低相位中心稳定。虽然目前GNSS双频接收微带天线技术已经趋于成熟，但它仍旧是制约接收机性能的瓶颈，是设计中主要考虑的因素。

1、普通微带天线由于带宽窄，需要采用双层结构或多层结构才可实现天线的双频L1(1521MHz-1620MHz)和L2(1160MHz-1300MHz)卫星信号的良好接收，其结构较复杂。

2、普通微带天线采用介质材料作为主要介质基板，并且为了较宽的带宽则需要增厚接收介质基板，介质基板的厚度一般要达到3mm-12mm。介质基板较厚的天线表面的表面波增加，会影响天线性能。同时，天线介质基板增厚，产品重量增加，成本更会急剧增加(成本高)。并且如果单层介质增加到7mm以上，其加工难度大，一般厂商加工不了，加工成本高，随之也会造成产品不良率增加。

3、普通微带天线的波束带宽窄，尤其是低介电常数的介质作为天线基板材料时，造成天线对低角度的卫星信号接收不好。而高介电常数的介质可以改善(即提高)波束带宽，但会导致天线的带宽变窄。

发明内容

本发明的目的是提供一种单层宽带GNSS测量型天线，以减少天表面波，并简化天线的结构和降低成本。

为了实现上述目的，本发明提供的一种单层宽带GNSS测量型天线，其包括主体单元和馈电电路板，所述主体单元包括微带贴片和多个馈电片，多个所述馈电片轴对称地分布在所述微带贴片的底部边缘，所述馈电片两端分别与所述微带贴片和馈电电路板连接，所述微带贴片与馈电电路板之间设有介质层。

上述的单层宽带GNSS测量型天线中，所述主体单元的外围周向上均匀设置有多个寄生单元。

上述的单层宽带GNSS测量型天线中，所述天线还包括用于固定寄生单元的固定板，所述固定板上与所述馈电片相对的位置设有馈电孔，所述馈电片穿过所述馈电孔与馈电电路板连接。

上述的单层宽带GNSS测量型天线中，所述寄生单元为面朝所述固定板的周向或径向设置的金属片。

上述的单层宽带GNSS测量型天线中，多个所述寄生单元分为两组，分别为第一寄生单元组和第二寄生单元组，所述第一寄生单元组位于所述第二寄生单元组的内部。

上述的单层宽带GNSS测量型天线中，所述寄生单元和固定板一体成型。

上述的单层宽带GNSS测量型天线中，所述第一寄生单元组的寄生单元与所述第二寄生单元组的寄生单元交叉设置。

上述的单层宽带GNSS测量型天线中，所述介质层为基板或空气层。

上述的单层宽带GNSS测量型天线中，所述馈电片为倒三角形馈电片。

上述的单层宽带GNSS测量型天线中，所述主体单元还包括一个或多个锯齿，所述锯齿设于所述微带贴片的底部边缘并位于相邻两个馈电片之间，所述锯齿不与馈电电路板接触。

上述技术方案所提供的一种单层宽带GNSS测量型天线，具有以下有益效果：其结构简单、成本较低，采用单层微带贴片辐射后，双频(L1和L2)的之间相位中心高误差更小，可精确测量定位，单层微带贴片结构可以抑制微带天线表面波，提高天线的辐射性能；且采用馈电片连接微带贴片和馈电电路板，为较厚介质层提供了调节，较厚的介质层可扩宽天线的带宽，使得单层微带贴片结构就可以实现宽带双频信号接收，满足了四大在运行卫星导航系统的高低频信号接收应用需求，尤其适合于GNSS精确测量与定位系统终端设备；

进一步地，采用均匀对称分布在天线主单元周围的多个寄生单元，可实现较宽带宽(增益带宽、波束带宽、轴比带宽)和相位中心稳定性，又便于加工、频率调节、重量轻、成本低；

进一步地，采用空气作为介质层，易于增加介质层的厚度，并降低天线的重量。

附图说明

图1是本发明实施例单层宽带GNSS测量型天线的轴测图；

图2是本发明实施例的主体单元(折叠后)的轴测图；

图3是本发明实施例的主体单元(折叠前)的平面视图；

图4是本发明实施例的寄生单元的轴测图。

其中，1、主体单元；11、微带贴片；12、馈电片；13、连接柱；14、锯齿；2、寄生单元；3、固定板；4、馈电电路板。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

如图1和图3所示，本发明的一种单层宽带GNSS测量型天线，该天线包括主体单元1和馈电电路板4，其中，馈电电路板4为现有设备，在此不再进行赘述，其主要包括天线的馈电电路和有源天线电路。如图2所示，主体单元1包括微带贴片11和多个馈电片12，多个馈电片12轴对称地分布在微带贴片11的底部边缘，馈电片12的两端分别与微带贴片11和馈电电路板4连接，微带贴片11与馈电电路板4之间设有介质层。

本发明采用单层微带贴片辐射后，双频(L1和L2)的之间相位中心高误差更小，可精确测量定位，单层微带贴片结构可以抑制微带天线表面波，提高天线的辐射性能。微带贴片11和馈电电路板4之间的馈电片12即起到了馈电的作用，同时还起到了支撑的作用，可较大幅度地增加介质层的厚度，介质层的厚度可达到10mm以上，由此可扩宽天线的带宽，使得单层微带贴片结构就可以实现宽带双频信号接收，可以抑制微带天线表面波，提高天线的辐射性能，满足兼容四大导航系统(全球定位系统、格洛纳斯定位系统、伽利略系统及北斗卫星导航系统)终端设备的应用需求，采用单层贴片辐射后，双频(L1和L2)之间的相位中心高度误差更小，更加利于精确测量定位，简化了结构和降低了成本；且多个馈电片轴对称分布在微带贴片的底部边缘，可确保相位中心稳定。

本实施例作为辐射面的微带贴片11可以是中心对称结构的多边形或圆形，本实施例以四边形为例，如图2和图3所示。微带贴片11与馈电电路板4之间的介质层可以为PCB等材料制成的基板或空气层，优选为空气层，以易于增加介质层的厚度，拓宽带宽，并减少天线的重量，相对于基板介质层，可降低成本；而在对带宽没有较高的要求时，可以采用基板作为介质层，以使微带贴片固定牢靠并缩小天线体积。

本实施例的馈电片12的结构可为任意轴对称结构，优选为倒三角形，倒三角形馈电片的顶角可以成任意角度，优选为60°-120°。馈电片与馈电电路板之间可形成任意角度，为了提高整体结构的稳定性，优选为60°-90°。为了调节天线的频率，本实施例的主体单元还包括一个或多个锯齿14，该锯齿14设于微带贴片11的底部边缘并位于相邻两个馈电片12之间，锯齿14不与馈电电路板4接触。

为了简化加工过程，本实施例的整个主体单元由厚度为0.2mm-1mm的金属薄片折叠而成，在折叠之前先在金属薄片上形成微带贴片11、馈电片12和锯齿14共面的结构，如图3所示，然后根据所需的角度将馈电片12和锯齿14向馈电电路板4的方向进行折叠，最后形成本实施例的主体单元。由此可知，馈电片12的一端是与微带贴片11固定的，而馈电片12的另一端可与馈电电路板4焊接。

此外，本实施例的主体单元的外围周向上均匀设置有多个寄生单元2，该寄生单元2的作用是可以有效提高天线的轴比带宽和波束宽带，减少介质层的厚度，使得天线结构合理化。寄生单元2可以通过单个金属片焊接在馈电电路板4上形成；或者，增加一个固定板3，寄生单元2为固定在固定板3上的金属片，并在该固定板3上与馈电片12相对的位置设置馈电孔，馈电片12穿过该馈电孔与馈电电路板4连接，为了使馈电片12顺利穿过馈电孔，并使馈电片12与馈电电路板4焊接牢固，在馈电片12与馈电电路板4连接的一端设有可穿过馈电孔的连接柱13，如图2所示。本实施例为了方便寄生单元的成型和安装，优选采用固定板固定寄生单元的结构。本实施例的寄生单元一般是垂直设于固定板上，其形状可以为矩形、梯形或其它形状。优选地，寄生单元与固定板一体成型，具体为：寄生单元为由一块金属板冲压而成的金属片，而金属板冲压后剩下的区域则形成为固定板。

为了保证天线相位中心稳定性，本实施例的寄生单元2为面朝固定板的周向或径向设置的金属片。可以为：所有的寄生单元2均为表面朝固定板的周向或径向设置的金属片；或者为，该两种不同表面朝向的金属片的组合，但需要保证，每组不同朝向的金属片要均匀布置在微带贴片的外围。

上述的多个寄生单元2可分为多组，如图1和图4所示，多组寄生单元组可以增强天线的调谐功能，每组寄生单元组的寄生单元均匀布置在微带天线的外围周向上。该多个寄生单元优选为两组，分别为第一寄生单元组和第二寄生单元组，第一寄生单元组位于第二寄生单元组的内部。第一寄生单元组的寄生单元与第二寄生单元组的寄生单元交叉设置，如图1和图4所示，图中所示第一寄生单元的寄生单元面朝固定板的径向设置，而第二寄生单元则面朝固定板的周向设置。

本发明所提供的单层宽带GNSS测量型天线，具有以下优点：

本发明的天线采用单层微带贴片辐射后，双频(L1和L2)的之间相位中心高误差更小，更加利于精确测量定位，且采用馈电片连接微带贴片和馈电电路板，为较厚介质层提供了调节，较厚的介质层可扩宽天线的带宽，使得单层微带贴片结构就可以实现宽带双频信号接收，满足了四大在运行卫星导航系统的高低频信号接收应用需求，尤其适合于GNSS精确测量与定位系统终端设备；

采用均匀对称分布在天线主单元周围的多个寄生单元，进一步实现较宽带宽(增益带宽、波束带宽、轴比带宽)和相位中心稳定性，又便于加工、频率调节、重量轻、成本低；能够有效提高天线轴比带宽和波束宽带；

本发明的天线属于微带贴片天线一种新形式，不同于传统的同轴探针馈电和侧边馈电的微带天线，本发明的天线结构紧凑、馈电简单；

主体单元采用采用金属薄片作为微带天线的辐射体，并采用空气作为介质层，相比传统的高频材料(微带天线的基板)，成本很低、重量轻，加工方便。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种单层宽带GNSS测量型天线，其特征在于，其包括主体单元和馈电电路板，所述主体单元包括微带贴片和多个馈电片，多个所述馈电片轴对称地分布在所述微带贴片的底部边缘，所述馈电片两端分别与所述微带贴片和馈电电路板连接，所述微带贴片与馈电电路板之间设有介质层。

2.根据权利要求1所述的单层宽带GNSS测量型天线，其特征在于，所述主体单元的外围周向上均匀设置有多个寄生单元。

3.根据权利要求2所述的单层宽带GNSS测量型天线，其特征在于，所述天线还包括用于固定寄生单元的固定板，所述固定板上与所述馈电片相对的位置设有馈电孔，所述馈电片穿过所述馈电孔与馈电电路板连接。

4.根据权利要求3所述的单层宽带GNSS测量型天线，其特征在于，所述寄生单元为面朝所述固定板的周向或径向设置的金属片。

5.根据权利要求3或4所述的单层宽带GNSS测量型天线，其特征在于，多个所述寄生单元分为两组，分别为第一寄生单元组和第二寄生单元组，所述第一寄生单元组位于所述第二寄生单元组的内部。

6.根据权利要求4所述的单层宽带GNSS测量型天线，其特征在于，所述寄生单元和固定板一体成型。

7.根据权利要求5所述的单层宽带GNSS测量型天线，其特征在于，所述第一寄生单元组的寄生单元与所述第二寄生单元组的寄生单元交叉设置。

8.根据权利要求1-4任一项所述的单层宽带GNSS测量型天线，其特征在于，所述介质层为基板或空气层。

9.根据权利要求1-4任一项所述的单层宽带GNSS测量型天线，其特征在于，所述馈电片为倒三角形馈电片。

10.根据权利要求1-4任一项所述的单层宽带GNSS测量型天线，其特征在于，所述主体单元还包括一个或多个锯齿，所述锯齿设于所述微带贴片的底部边缘并位于相邻两个馈电片之间，所述锯齿不与馈电电路板接触。