CN107966720B - 卫星信号接收机及卫星定位系统 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及卫星定位技术领域,尤其涉及一种卫星信号接收机,可包括:双馈网路天线,用于接收卫星射频信号;混频耦合器,与所述双馈网路天线连接,用于对所述卫星射频信号进行相位偏移;以及射频电路板;其中,所述双馈网路天线和所述混频耦合器集成于所述射频电路板上。通过将双馈网路天线和混频耦合器集成于射频电路板上,来降低设备成本及系统的复杂性;通过提升天线的阻抗频宽、增加天线增益、改善天线半功率波束宽,来提供高精度的定位信息;同时通过降低天线轴比,使得相位中心更加精准,以在移动的环境中还能保持较佳的接收效果,使得卫星信号接收机具有较强的抗多路径干扰性能。
Description
技术领域
本申请涉及卫星定位技术领域,特别是涉及一种卫星信号接收机及卫星定位系统。
背景技术
目前,卫星接收机一般包括不带天线的板卡接收机和集成天线的板卡接收机。
其中,不带天线的板卡接收机虽然能够通过外接天线实现分米级、甚至厘米级的高精度定位,但其天线与板卡主体需相互分离,进而会增大系统的复杂度及整体设备的成本;而集成天线的板卡接收机则一般采用单馈入式天线,虽然可集成为一体,但其无法实现诸如分米级、厘米级等高精度定位需求。
另外,在移动的环境中,振动、位移等还会降低集成天线的板卡接收机的天线的接收效果,且易受到多路径干扰的不利影响。
发明内容
基于此,有必要针对上述技术问题提供一种卫星信号接收机及卫星定位系统,能够将天线集成于板卡主体上来降低成本及系统的复杂性,同时又能提供高精度的定位,且在移动的环境中还能保持较佳的接收效果,又具有较强的抗多路径干扰性能。
一种卫星信号接收机,可包括:
双馈网路天线,用于接收卫星射频信号;
混频耦合器(Hybrid coupler),与所述双馈网路天线连接,用于对所述卫星射频信号进行相位偏移;以及
射频电路板;
其中,所述双馈网路天线和所述混频耦合器集成于所述射频电路板上。
在一个可选的实施例中,上述的卫星信号接收机还可包括:
GNSS(Global Navigation Satellite System,全球导航卫星系统)主芯片,与所述混频耦合器连接,用于对相位偏移后的卫星射频信号进行处理以获取定位信息;
其中,所述GNSS主芯片集成于所述射频电路板上。
在一个可选的实施例中,上述的卫星信号接收机还可包括:
射频电路,集成于所述射频电路板上;
其中,所述GNSS主芯片通过所述射频电路与所述混频耦合器连接,且所述GNSS主芯片与所述射频电路所构成的通信支路为经过阻抗匹配调试后的通信支路。
在一个可选的实施例中,所述双馈网路天线固定设置于所述射频电路板的上表面,所述混频耦合器、所述GNSS主芯片和所述射频电路固定设置于所述射频电路板的下表面。
在一个可选的实施例中,所述双馈网路天线包括能产生相邻频率共振模态的两支馈针;
其中,所述两支馈针临近设置于所述双馈网路天线的物理尺寸的中心位置处,且贯穿所述射频电路板与所述混频耦合器连接。
在一个可选的实施例中,所述混频耦合器具有零相位角和负九十度相位脚;
其中,所述零相位角和所述负九十度相位脚分别与所述两支馈针一一对应连接,用于使得所述双馈网路天线所接收的两路卫星射频信号之间产生九十度的相位差。
在一个可选的实施例中,所述射频电路板还设置有射频电路;所述混频耦合器还具有输入引脚和隔离引脚;
其中,所述输入引脚通过所述射频电路与所述GNSS主芯片的射频输入端连接;所述隔离引脚通过保护接地。
在一个可选的实施例中,上述的卫星信号接收机还可包括:
外壳上盖,具有下端开口;
外壳下盖,具有上端开口,且所述上端开口与所述下端开口相对密封连接,用于形成具有容置腔室的外壳本体;
其中,集成有所述双馈网路天线、所述混频耦合器、所述GNSS主芯片和所述射频电路的所述射频电路板固定设置于所述容置腔室中。
在一个可选的实施例中,所述射频电路板通过金属固定结构固定于所述外壳下盖上,所述外壳上盖覆盖所述双馈网路天线;
其中,所述外壳上盖为塑胶外壳,所述外壳下盖为金属外壳。
在一个可选的实施例中,上述的卫星信号接收机还可包括:
磁体,位于所述容置腔室中且固定设置于所述外壳下盖上。
在一个可选的实施例中,所述双馈网路天线包括:
基板;
天线层叠结构,设置于所述基板之上;以及
导电薄膜,覆盖所述基板的下表面及下表面。
在一个可选的实施例中,所述射频电路板为陶瓷基板,所述导电薄膜的材质为银。
一种卫星定位系统,可包括:
如上述任意一项所述的卫星信号接收机:
定位卫星,用于发射所述卫星射频信号;
地面控制设备,用于监控所述定位卫星的实时状态;以及
地基增强设备,用于提升所述卫星信号接收机定位精度。
上述的卫星信号接收机及卫星定位系统,可通过将双馈网路天线和混频耦合器集成于射频电路板上,来降低设备成本及系统的复杂性;通过提升天线的阻抗频宽、增加天线增益、改善天线半功率波束宽,来提供高精度的定位信息;同时通过降低天线轴比,使得相位中心更加精准,以在移动的环境中还能保持较佳的接收效果,使得卫星信号接收机具有较强的抗多路径干扰性能。
附图说明
图1是一个实施例中卫星信号接收机的爆炸结构示意图;
图2是图1中所示射频电路板背面的结构示意图;
图3是卫星信号接收机中部件之间的连接关系示意图;
图4是图1中所示射频电路板正面的结构示意图;
图5是图1中所示外壳下盖的结构示意图;
图6是一个实施例中卫星定位系统的示意图。
实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本申请进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请,并不用于限定本申请。
图1是一个实施例中卫星信号接收机的爆炸结构示意图;图2是图1中所示射频电路板背面的结构示意图。如图1~2所示,一种卫星信号接收机,包括射频电路板2,以及集成于该射频电路板2上的双频网路天线4和混频耦合器5。双频网路天线4可用于接收诸如定位卫星等设备所发射的卫星射频信号,以改善天线阻抗频宽和天线半功率波束宽度,增加天线增益;混频耦合器5与双频网路天线4连接,可用于对双频网路天线4所接收的卫星射频信号进行相位偏移处理,使得双频网路天线4具有特定天线极化特性,并能有效降低天线轴比(Axial ratio),进而提升卫星信号接收机在动态时接收信号的稳定性。
在一个可选的实施例中,如图1所示,双频网路天线4可包括基板(图中未示出)和设置于该基板之上的天线层叠结构(图中未示出),以及印刷在基板下表面上和天线层叠结构的顶层表面上的导电薄膜(图中未示出);该导电薄膜的材质可为导电系数较佳的材料,例如银或铜等金属材料,以进一步的增加天线的辐射增益(Gain)。其中,上述的基板可为较低介电常数(如介电常数小于9)的材料所制备的基板,例如陶瓷基板等,以便于兼容双频网路天线4的尺寸及阻抗频宽。
在一个可选的实施例中,如图1~2所示,卫星信号接收机还可包括集成于上述射频电路板2上的GNSS主芯片6(如HDBD9XX系列芯片等),该GNSS主芯片6与混频耦合器5连接,可用于对进行相位偏移后的卫星射频信号进行处理,以获取卫星定位信号。其中,GNSS主芯片6可具有诸如高精度差分增强定位、支持单站RTK定位和基于CORS (ContinuouslyOperating Reference Stations)连续运行参考基站网路RTK定位等功能,以在实现小尺寸及低功耗等特性的同时,使得卫星信号接收机具有较高的干扰检测、动态滤除干扰,进而可进行高精度(如厘米级)导航定位。例如,GNSS主芯片6可为Allystar所开发的GNSS系列芯片,且其RTK定位精度在水平方向上可达2cm+1ppm,高程可达5cm+1ppm。由于双频网路天线4、混频耦合器5和GNSS主芯片6均集成于射频电路板2上,故能使得卫星信号接收机具有具有高精度(如厘米级)定位性能的同时,实现高集成度一体化来降低设备成本及系统的复杂性。
图3是卫星信号接收机中部件之间的连接关系示意图。如图1~3所示,在一个可选的实施例中,如图1~3所示,射频电路板2上还可集成有射频电路8,GNSS主芯片6可通过该射频电路8与混频耦合器5连接,即双频网路天线4、混频耦合器5、射频电路8与GNSS主芯片6依次连接,双频网路天线4所接收到卫星射频信号,经混频耦合器5进行相位位移后,经射频电路8传送至GNSS主芯片6进行处理,以获取该卫星信号接收机的定位信息,且该GNSS主芯片6还可分别与双频网路天线4、混频耦合器5、射频电路8等卫星信号接收机中各个部件进行通讯连接;其中,GNSS主芯片6与射频电路所构成的通信支路可为经过阻抗匹配调试后的通信支路。例如,对从GNSS主芯片6至射频电路的输出端之间的支路进行阻抗匹配调试,能够有效的降低低噪声放大器(Low Noise Amplifier,简称LNA)的噪声指数(Noise Figure,简称NF)和滤波器(filter)的带外抑制(out-band rejection)指数,来提升一体化卫星信号接收机的信号接收灵敏度及阻绝带外干扰性能。在实际的应用中,通过阻抗匹配调试,能够降低低噪声放大器的噪声指数在卫星接收频带中皆可小于1.5dB,使得滤波器的带外抑制指数大于-40dB。
图4是图1中所示射频电路板正面的结构示意图。如图1~4所示,在另一个可选的实施例中,射频电路板2具有上表面及与该上表面相对的下表面,为了将上述的各个部件集成为一体,可将上述的双频网路天线4贴附于射频电路板2的上表面,而将混频耦合器5、GNSS主芯片6和射频电路8等均固定设置在射频电路板2的下表面上。其中,双频网路天线4可包括能产生相邻频率共振模态(resonance mode)的两支馈针(Feed in pin)41,两支馈针41可临近设置于双馈网路天线4的物理尺寸的中心位置处;例如,可在进行装配的过程中,再将双馈网路天线4贴附在射频电路板2的上表面的同时,使得上述的两支馈针41贯穿射频电路板2与混频耦合器5进行连接,并在经过调测后,可使得装配在射频电路板2上的双频网路天线4能在有效地增加天线阻抗频宽(Impedance Bandwidth)的同时,提升辐射半功率波束宽(Half power beamwidth)和天线增益(Gain),并能使得相位中心(Phase center)更加精准。
另外,在射频电路板2上还集成有与GNSS主芯片6连接的数据接口7,该数据接口7可设置在射频电路板2下表面上的边缘位置处, 可将双馈网路天线4所接收的卫星射频信号经GNSS主芯片6运算处理后转换成基频信号(Base band signal),并可藉由该数据接口7通过诸如电源引脚(VCC)、发射脚位(TX)、接收脚位(RX)、接地脚(GND)等连接引脚发送至外部设备中。
如图2~3所示,在另一个可选的实施例中,混频耦合器5可为具有四个引脚的器件,具体可包括零相位角(Phase 0 degree)、负九十度(-90°)相位脚(Phase -90 degree)、输入引脚(Input)和隔离引脚(Isolation)(图中均未示出);其中,零相位角和负九十度相位脚分别与两支馈针41一一对应连接,用于使得双馈网路天线4所接收的两路卫星射频信号之间产生九十度(90°)的相位差,而输入引脚则可通过射频电路8与GNSS主芯片6的射频输入端连接,隔离引脚则保护接地,接地电阻可为50ohm。上述的两支馈针41使得双馈网路天线4所接收的两路卫星射频信号之间产生90°的相位差,以形成右旋极化特性,有效降低双馈网路天线4的轴比,进而使得在动态状况下,电波信号在垂直表面或水平表面皆具有较稳定的信号接收性能。
如图1~4所示,在另一个可选的实施例中,上述的卫星信号接收机还可包括具有下端开口的外壳上盖1和具有上端开口的外壳下盖3,且该外壳上盖1与外壳下盖3通过将下端开口对应上端开口进行相对密封连接,以用于形成具有容置腔室的诸如圆形的外壳本体;如可通过设置螺纹凹凸结构,使得外壳上盖1的下端开口相对外壳下盖3的上端开口进行卡勾闭合,并通过内部点胶处理来进一步的提升容置腔室的密封性,使得卫星信号接收机可具备IP67(Ingress Protection Rating)级别的防水功能。
另外,集成有双馈网路天线4、混频耦合器5、GNSS主芯片6和射频电路8等部件的射频电路板2固定设置于该容置腔室中,且外壳上盖1覆盖双馈网路天线4。其中,外壳上盖1的塑胶外壳,以便于双馈网路天线4接收卫星射频信号,而外壳下盖3则为金属外壳,且射频电路板2通过金属固定结构固定在该外壳下盖3上,如开通通过螺栓射频电路板2上的螺丝孔21固定在外壳下盖3上的孔洞31中,以增强卫星信号接收机的接地性能,来进一步的增加天线增益、提升接收机灵敏度、大幅度降低天线轴比、增强卫星射频信号的接收效果,并使得卫星信号接收机具有较强的抗多路径(multi path)干扰性能。
图5是图1中所示外壳下盖的结构示意图。如图1和5所示,在另一个可选的实施例中,上述的卫星信号接收机还可包括磁体,该磁体可位于容置腔室内固定设置在外壳下盖3上,可用于将卫星信号接收机通过磁吸的方式固定在含铁的承载平台上,以在承载平台移动时卫星信号接收机可强力的固定在该承载平台上。例如,磁体包括均匀设置在外壳下盖3上的四块磁铁9,该磁铁9的材料可以包括钕、铁、硼等。
图6是一个实施例中卫星定位系统的示意图。如图6所示,一种卫星定位系统,可包括定位卫星11、卫星信号接收机12、地面控制设备13和地基增强设备14;定位卫星11用于发射卫星射频信号;卫星信号接收机12可为上述任意实施例中所描述的卫星信号接收机,以用于接收定位卫星11所发射的卫星射频信号,并可根据所接收的卫星射频信号生成定位信息;地面控制设备13可用于监控定位卫星的实时状态;地基增强设备14可用于从地面控制设备13获取相关定位数据来提升卫星信号接收机12的定位精度。
本申请中所记载的卫星信号接收机及卫星定位系统,可通过将双馈网路天线4和混频耦合器5集成于射频电路板2上,来降低设备成本及系统的复杂性;通过能产生相邻频率共振模态的两支馈针41来提升天线的阻抗频宽、增加天线增益、改善天线半功率波束宽,来提供高精度的定位信息;同时通过降低天线轴比,使得相位中心更加精准,以在移动的环境中还能保持较佳的接收效果,使得卫星信号接收机具有较强的抗多路径干扰性能。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合,为使描述简洁,未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述,然而,只要这些技术特征的组合不存在矛盾,都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式,其描述较为具体和详细,但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是,对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本申请构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些都属于本申请的保护范围。因此,本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种卫星信号接收机,其特征在于,包括:
双馈网路天线,用于接收卫星射频信号;
混频耦合器,与所述双馈网路天线连接,用于对所述卫星射频信号进行相位偏移;
射频电路板;
GNSS主芯片,与所述混频耦合器连接,用于对相位偏移后的卫星射频信号进行处理以获取定位信息;
射频电路,集成于所述射频电路板上;
外壳上盖,具有下端开口;
外壳下盖,具有上端开口,且所述上端开口与所述下端开口相对密封连接,用于形成具有容置腔室的外壳本体;
其中,所述双馈网路天线和所述混频耦合器集成于所述射频电路板上;所述GNSS主芯片集成于所述射频电路板上;所述GNSS主芯片通过所述射频电路与所述混频耦合器连接,且所述GNSS主芯片与所述射频电路所构成的通信支路为经过阻抗匹配调试后的通信支路;集成有所述双馈网路天线、所述混频耦合器、所述GNSS主芯片和所述射频电路的所述射频电路板固定设置于所述容置腔室中;
所述双馈网路天线包括能产生相邻频率共振模态的两支馈针;其中,所述两支馈针临近设置于所述双馈网路天线的物理尺寸的中心位置处,且贯穿所述射频电路板与所述混频耦合器连接。
2.根据权利要求1所述的卫星信号接收机,其特征在于,所述双馈网路天线固定设置于所述射频电路板的上表面,所述混频耦合器、所述GNSS主芯片和所述射频电路固定设置于所述射频电路板的下表面。
3.根据权利要求1所述的卫星信号接收机,其特征在于,所述射频电路板上集成有与所述GNSS主芯片连接的数据接口,所述数据接口设置在所述射频电路板下表面的边缘位置处。
4.根据权利要求3所述的卫星信号接收机,其特征在于,所述混频耦合器具有零相位角和负九十度相位脚;
其中,所述零相位角和所述负九十度相位脚分别与所述两支馈针一一对应连接,用于使得所述双馈网路天线所接收的两路卫星射频信号之间产生九十度的相位差。
5.根据权利要求4所述的卫星信号接收机,其特征在于,所述射频电路板还设置有射频电路;所述混频耦合器还具有输入引脚和隔离引脚;
其中,所述输入引脚通过所述射频电路与所述GNSS主芯片的射频输入端连接;所述隔离引脚保护接地。
6.根据权利要求5所述的卫星信号接收机,其特征在于,所述射频电路板通过金属固定结构固定于所述外壳下盖上,所述外壳上盖覆盖所述双馈网路天线;
其中,所述外壳上盖为塑胶外壳,所述外壳下盖为金属外壳。
7.根据权利要求5所述的卫星信号接收机,其特征在于,还包括:
磁体,位于所述容置腔室中且固定设置于所述外壳下盖上。
8.根据权利要求1所述的卫星信号接收机,其特征在于,所述双馈网路天线包括:
基板;
天线层叠结构,设置于所述基板之上;以及
导电薄膜,覆盖所述基板的下表面及下表面。
9.根据权利要求8所述的卫星信号接收机,其特征在于,所述基板为陶瓷基板,所述导电薄膜的材质为银。
10.一种卫星定位系统,其特征在于,包括:
如权利要求1-9中任意一项所述的卫星信号接收机:
定位卫星,用于发射所述卫星射频信号;
地面控制设备,用于监控所述定位卫星的实时状态;以及
地基增强设备,用于提升所述卫星信号接收机定位精度。
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