CN106602258A - 天线和无线通信装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种天线和无线通信装置，天线包括上层辐射片、锥台以及下层馈电网络层，该上层辐射片包括第一基板、第一导电层和旋转对称的四个馈电点，第一导电层设置在该第一基板的上表面，该四个馈电点形成在该第一导电层上且电性连接该下层馈电网络层，该锥台开设有容置空间，该上层辐射片和该下层馈电网络层间隔设置在该容置空间中。上述天线采用旋转对称的四个馈电点馈电，可通过每个馈电点相位依次相差90°，实现较好的圆极化特性；而且四个馈电点的天线能够实现比较好的相位中心稳定度，四个馈电点的天线对称性较好，能使天线实现较好的圆度特性，满足了高精度测量需求。
Description
技术领域
本发明涉及无线通信技术领域，更具体而言，涉及一种天线和无线通信装置。
背景技术
在相关技术中，随着GPS(全球定位系统)天线在导航、测绘等多个领域迅速的得到广泛的应用，GPS应用领域快速壮大，有力地推动了天线技术的发展。一般地，GPS卫星星座由24颗卫星组成，其中工作星21颗，备用星3颗，卫星分布在6个轨道面上，每个轨道上均匀分布4颗，卫星在地平面以上的数目随时间和地点的变化而异，最少为4颗，最多为11颗。GPS接收机要同时接收至少4颗卫星信号，才能利用接收机到卫星的距离计算出测点的三维位置。在市场和技术的推动下，急切需要小型化、宽波束、高相位中心稳定度的GPS天线。
目前市场上的GPS天线，存在着增益不够，或者相位中心稳定度不够的问题，无法满足高精度测量需求。
发明内容
本发明旨在至少解决相关技术中存在的技术问题之一。为此，本发明实施方式需要提供一种天线和无线通信装置。
本发明实施方式的一种天线，包括上层辐射片、锥台以及下层馈电网络层，该上层辐射片包括第一基板、第一导电层和旋转对称的四个馈电点，第一导电层设置在该第一基板的上表面，该四个馈电点形成在该第一导电层上且电性连接该下层馈电网络层，该锥台开设有容置空间，该上层辐射片和该下层馈电网络层间隔设置在该容置空间中。
上述天线采用旋转对称的四个馈电点馈电，可通过每个馈电点相位依次相差90°，实现较好的圆极化特性；而且四个馈电点的天线能够实现比较好的相位中心稳定度，四个馈电点的天线对称性较好，能使天线实现较好的圆度特性，满足了高精度测量需求。
在某些实施方式中，该天线包括四个导电柱，该四个导电柱穿设该第一基板，每个该导电柱与对应的一个该馈电点和该下层馈电网络层连接。
在某些实施方式中，该上层辐射片包括第二导电层，该第二导电层设置在该第一基板的下表面，该第二导电层与该第一导电层电性连接，该导电柱穿设该第二导电层且与该第二导电层隔开。
在某些实施方式中，该第一导电层与该第二导电层通过过孔的方式电性连接。
在某些实施方式中，该下层馈电网络层包括第三导电层、第二基板和第四导电层，该第三导电层和该第四导电层分别设置在该第二基板的上表面和下表面，该第三导电层设置有分别与该四个馈电点电性连接的四个端口。
在某些实施方式中，该第三导电层包括圆形的外围线路和四个连接线路，该四个连接线路位于该外围线路所围成的区域内且连接该外围线路的内侧，每个该连接线路形成有对应的一个该端口。
在某些实施方式中，该天线包括接口通孔和接口部，该接口通孔贯穿该第二基板及该锥台，该接口部穿设该接口通孔并连接该第三导电层。
在某些实施方式中，该锥台为金属锥台。
在某些实施方式中，该锥台包括底板和形成在该底板上的侧板，该侧板和该底板共同围成该容置空间，该天线包括贯穿该底板、该下层馈电网络层和该上层辐射片的固定孔，该下层馈电网络层和该上层辐射片之间设置有绝缘的隔离柱，该天线包括紧固件，该紧固件通过该固定孔将该上层辐射片和该下层馈电网络层固定在该容置空间中。
本发明实施方式的一种无线通信装置，包括如上任一实施方式的天线。
上述无线通信装置中，天线采用旋转对称的四个馈电点馈电，可通过每个馈电点相位依次相差90°，实现较好的圆极化特性；而且四个馈电点的天线能够实现比较好的相位中心稳定度，四个馈电点的天线对称性较好，能使天线实现较好的圆度特性，满足了高精度测量需求。
本发明实施方式的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施方式的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是本发明实施方式的天线的立体示意图。
图2是本发明实施方式的天线的分解示意图。
图3是本发明实施方式的天线的截面示意图。
图4是本发明实施方式的天线的上层辐射片的平面示意图。
图5是本发明实施方式的天线的下层馈电网络层的平面示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通信；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设定进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设定之间的关系。此外，本发明提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。
请参图1至图3，本发明实施方式的一种天线100，包括上层辐射片102、锥台104以及下层馈电网络层106，上层辐射片102包括第一基板108、第一导电层110和旋转对称的四个馈电点112，第一导电层110设置在第一基板108的上表面114，四个馈电点112形成在第一导电层110上且电性连接下层馈电网络层106，锥台104开设有容置空间116，上层辐射片102和下层馈电网络层106间隔设置在容置空间116中。
上述天线100采用旋转对称的四个馈电点112馈电，可通过每个馈电点112相位依次相差90°，实现较好的圆极化特性；而且四个馈电点112的天线100能够实现比较好的相位中心稳定度，四个馈电点112的天线100对称性较好，能使天线100实现较好的圆度特性，满足了高精度测量需求。
具体地，本发明实施方式中，天线100为圆形天线，可进一步提高天线100的相位中心稳定度，例如，本发明实施方式中的天线100的相位中心稳定度小于或等于1mm，60度圆度小于1dB。可以理解，在其它实施方式中，天线100也可根据实际需要制作成其它形状。
在本发明实施方式中，四个馈电点112呈正方形的四个顶点形式分布在第一导电层110以使天线100的制作工艺较简单。四个馈电点112的相位分别为0°、90°、180°、270°，依次相差90度。例如在图4所示的方位中，右馈电点112的相位为0°、下馈电点112的相位为90°、左馈电点112的相位为180°和上馈电点112的相位为270°。
在一个例子中，第一导电层110可采用铜层，第一基板108可采用FR4介质板，如此，天线100的制作简单，成本低。
第一导电层110呈圆片状，可通过调整第一导电层110的半径以实现天线工作在L1频段，即1575.42MHz±2MHz频段，以使天线100能够应用在GPS领域。第一基板108呈圆柱形，第一导电层110可和第一基板108同心设置。
下层馈电网络层106可起到将上层辐射片102与外部设备的电路连接，以实现微波信号通过上层辐射片102的接收与发射。
锥台104可对天线100作整体结构的支撑和保护，以使天线100工作时较稳定，减少因下层馈电网络层106和上层辐射片102之间的位移而产生的接收和发射误差。在本发明示例中，上层辐射片102和下层馈电网络层106整体呈圆柱形，对应地，容置空间116也呈圆柱形。较佳地，上层辐射片102和下层馈电网络层106均与容置空间116的内壁紧配合。
在某些实施方式中，天线100包括四个导电柱118，四个导电柱118穿设第一基板108，每个导电柱118与对应的一个馈电点112和下层馈电网络层106连接。
如此，通过导电柱118实现了在间隔的上层辐射片102和下层馈电网络层106之间的信号连通。
具体地，在本发明实施方式中，导电柱118呈圆柱形，材料可采用铜。如此，天线100的制作成本低。四个导电柱118可通过焊接的方式连接下层馈电网络层106和上层辐射片102的四个馈电点112。
在某些实施方式中，上层辐射片102包括第二导电层(图未示)，第二导电层设置在第一基板108的下表面，第二导电层与第一导电层110电性连接，导电柱118穿设第二导电层且与第二导电层隔开。
如此，第二导电层可实现天线100的防雷电的作用，避免天线100在打雷时损坏。
具体地，在本发明实施方式中，第二导电层开设有四个通孔，每个导电柱118穿设对应的一个通孔，导电柱118与通孔的内壁间隔，以使导电柱118与第二导电层隔开。在一个例子中，第二导电层可采用铜制作成圆片状而设置在第一基板108的下表面。
在某些实施方式中，第一导电层110与第二导电层通过过孔的方式电性连接。
如此，第一导电层110与第二导电层的电性连接方式简单，降低了天线100的制作成本。
具体地，在一个例子中，在过孔(VIA)的方式中，可先形成贯穿第一导电层110、第一基板108和第二导电层的过孔120，然后在过孔120的孔壁上形成导电物质，例如铜，导电物质连接第一导电层110和第二导电层。
在某些实施方式中，下层馈电网络层106包括第三导电层122、第二基板124和第四导电层(图未示)，第三导电层122和第四导电层分别设置在第二基板124的上表面126和下表面，第三导电层122设置有分别与四个馈电点112电性连接的四个端口128。
如此，实现了下层馈电网络层106对四个馈电点112的馈电结构。
具体地，在本发明实施方式中，第三导电层122和第四导电层制作成圆片状，第二基板124制作成圆柱形。第三导电层122和第四导电层例如可采用铜制作而成，第二基板124例如可采用F4B介质板。
在本发明示例中，四个端口128分别通过四个导电柱118连接四个馈电点112以实现电性连接。
在某些实施方式中，四个端口128的功分比为1:1:1:1。
如此，实现了天线100的圆极化。
在一个例子中，请参图4和图5，四个端口128的功分比为1:1:1:1和四个馈电点112的相位依顺时针方向的相位差为90°，可实现工作频段在L1频段，圆极化特性较好，相位中心稳定度比较高的右旋圆极化天线100。
在某些实施方式中，第三导电层122包括圆形的外围线路130和四个连接线路132，四个连接线路132位于外围线路130所围成的区域内且连接外围线路130的内侧，每个连接线路132形成有对应的一个端口128。
如此，可通过调节连接线路132的宽度和长度以配置四个端口128的功分比例和相位差。
具体地，本发明实施方式的天线100构成微带天线，在一个实施方式中，下层馈电网络层106通过调节微带线的宽度和长度实现四个端口128的功分比为1:1:1:1，四个馈电点112的相位依次为0°、90°、180°、270°，依次相差90度。
外围线路130形成有缺口134，缺口134的宽度可根据天线100的参数性能进行调节。
在某些实施方式中，天线100包括接口通孔和接口部136，接口通孔贯穿第二基板124及锥台104，接口部136穿设接口通孔并连接第三导电层122。
如此，接口部136可作为天线100的总馈电点与外部设备连接，实现天线100与外部设备的信号传输。
具体地，接口通孔分别在第二基板124和锥台104上形成第一子通孔(图未示)和第二子通孔135。
在实际应用时，接口部136可作为SMA接头137的一部分，SMA接头137包括法兰139，接口部136相对于法兰139凸出并与第三导电层122连接。具体地，在本发明实施方式中，SMA接头137安装时，法兰139焊接在第四导电层，接口部136穿过第四导电层与第二基板124并和第三导电层122连接。
如此，通过在下层馈电网络层106上焊接SMA接头137，便于天线100与外部设备连接以进行信号传输。
接口部136穿设接口通孔时，与第四导电层隔开，避免两者的电性连接。在一个例子中，接口部136的材料为铜。在本发明示例中，接口部136连接第三导电层122的外围线路130。
在某些实施方式中，锥台104为金属锥台。
如此，天线100的性能更佳，而且工作时稳定，可靠性高。
具体地，金属锥台的主要作用在于两点：一、加宽了天线100的波束宽度；二、将天线100包在金属的容置空间116(金属腔)中以减少外界对天线100的不利影响。另外，金属锥台还能进一步增强天线100的结构强度。
需要指出的是，在某些实施方式中，当锥台104为金属锥台时，上层辐射片102的导电层和下层馈电网络层106的导电层均与金属锥台隔开以实现绝缘，上层辐射片102的第一基板108和下层馈电网络层106的第二基板124一般是绝缘基板，可与金属锥台的容置空间116的内壁紧配合。
在某些实施方式中，锥台104包括底板138和形成在底板上的侧板140，侧板140和底板138共同围成容置空间116，天线100包括贯穿底板138、下层馈电网络层106和上层辐射片102的固定孔142，下层馈电网络层106和上层辐射片102之间设置有绝缘的隔离柱144，天线100包括紧固件146，紧固件146通过固定孔142将上层辐射片102和下层馈电网络层106固定在容置空间116中。
如此，上层辐射片102和下层馈电网络层106的相对位置能够更加稳固地固定，而且隔离柱144可限定上层辐射片102和下层馈电网络层106之间的高度差。
具体地，在一个例子中，紧固件146包括下螺栓148、上螺栓149和螺母150，下螺栓148穿设底板138和下层馈电网络层106上的固定孔142，上螺栓149设置在隔离柱144上并穿设上层辐射片102的固定孔142，下螺栓148的一端旋进隔离柱144，上螺栓149的一端旋进螺母150，旋紧下螺栓148和螺母150以夹紧上层辐射片102、隔离柱144和下层馈电网络层106。
另外，底板138相对于侧板138凸出的部位还开设有用于固定整个天线100的穿孔152，方便天线100固定到天线100所应用的装置上。
在本发明实施方式中，第二子通孔135贯穿底板138。
需要指出的是，位于上层辐射片102的外侧的螺母150，应避免与第一导电层110接触，以防止第一导电层110在安装过程中损坏。为达到以上目的，在本发明示例中，请参图4，第一基板108的面积较第一导电层110的面积大，因此，螺母150安装时，可抵触在第一基板108上。
综上所述，本发明示例中的天线100通过采用圆形天线加上对称的四个馈电点112的馈电方式实现比较高的相位中心稳定度，本发明中的天线100的相位中心稳定度小于或等于1mm，60度圆度小于1dB，可应用于GPS领域中。本发明示例中的天线100通过调节馈电点的位置以及下层馈电网络层106的线宽以调节阻抗匹配并实现天线100小型化的目标，天线100小型化后大大节约了制作成本。本发明示例中的天线100通过控制天线的波束宽度以及加上金属锥台的容置空间116，可减小天线100副瓣及后向辐射并增加天线100的增益，在应用于GPS领域时，本发明中的天线100垂直水平波束宽度均为92度，增益达到5.5dB，达到较好的收星效果。
本发明实施方式的一种无线通信装置，包括如上任一实施方式的天线100。
上述无线通信装置中，天线100采用旋转对称的四个馈电点112馈电，可通过每个馈电点112相位依次相差90°，实现较好的圆极化特性；而且四个馈电点112的天线100能够实现比较好的相位中心稳定度，四个馈电点112的天线100对称性较好，能使天线100实现较好的圆度特性，满足了高精度测量需求。
具体地，无线通信装置包括但不限于手机、平板电脑和导航仪等具备导航和无线通信功能的电子装置。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施方式”、“某些实施方式”、“示意性实施方式”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合所述实施方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施方式或示例中以合适的方式结合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施方式，可以理解的是，上述实施方式是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施方式进行变化、修改、替换和变型。
Claims (10)
1.一种天线，其特征在于，包括上层辐射片、锥台以及下层馈电网络层，该上层辐射片包括第一基板、第一导电层和旋转对称的四个馈电点，第一导电层设置在该第一基板的上表面，该四个馈电点形成在该第一导电层上且电性连接该下层馈电网络层，该锥台开设有容置空间，该上层辐射片和该下层馈电网络层间隔设置在该容置空间中。
2.如权利要求1所述的天线，其特征在于，该天线包括四个导电柱，该四个导电柱穿设该第一基板，每个该导电柱与对应的一个该馈电点和该下层馈电网络层连接。
3.如权利要求2所述的天线，其特征在于，该上层辐射片包括第二导电层，该第二导电层设置在该第一基板的下表面，该第二导电层与该第一导电层电性连接，该导电柱穿设该第二导电层且与该第二导电层隔开。
4.如权利要求3所述的天线，其特征在于，该第一导电层与该第二导电层通过过孔的方式电性连接。
5.如权利要求1所述的天线，其特征在于，该下层馈电网络层包括第三导电层、第二基板和第四导电层，该第三导电层和该第四导电层分别设置在该第二基板的上表面和下表面，该第三导电层设置有分别与该四个馈电点电性连接的四个端口。
6.如权利要求5所述的天线，其特征在于，该第三导电层包括圆形的外围线路和四个连接线路，该四个连接线路位于该外围线路所围成的区域内且连接该外围线路的内侧，每个该连接线路形成有对应的一个该端口。
7.如权利要求5所述的天线，其特征在于，该天线包括接口通孔和接口部，该接口通孔贯穿该第二基板及该锥台，该接口部穿设该接口通孔并连接该第三导电层。
8.如权利要求1所述的天线，其特征在于，该锥台为金属锥台。
9.如权利要求1所述的天线，其特征在于，该锥台包括底板和形成在该底板上的侧板，该侧板和该底板共同围成该容置空间，该天线包括贯穿该底板、该下层馈电网络层和该上层辐射片的固定孔，该下层馈电网络层和该上层辐射片之间设置有绝缘的隔离柱，该天线包括紧固件，该紧固件通过该固定孔将该上层辐射片和该下层馈电网络层固定在该容置空间中。
10.一种无线通信装置，其特征在于，包括如权利要求1-9任一项所述的天线。
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