CN108550985A - 一种全向gps贴片天线 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种全向GPS贴片天线，包括辐射贴片、金属地板、馈电探针和介质板，辐射贴片和金属地板分别设于该介质板的上、下表面，馈电探针穿过介质板与辐射贴片连接，其中，辐射贴片与介质板同心设置，且呈闭合的不等边的对称多边形。本发明实现了全方向的圆极化辐射，提供了更大的信号发射/接收范围。
Description
技术领域
本发明涉及通讯天线领域，特别涉及一种全向GPS贴片天线。
背景技术
传统的GPS贴片天线是圆极化天线，且是定向天线，即只能在一个方向上辐射圆极化波。对于装配在地面终端(如车辆)上的定向GPS天线，其主波束指向可能由于地面终端的移动而偏离GPS讯号的来波方向，导致GPS信号接收质量变差。于是，需要一种能实现全向圆极化辐射的GPS天线，使得移动中的地面终端在360度全方向上都能发送/接收信号。
常见的GPS贴片天线的实现方案有：
1)在贴片天线上进行切角；
2)在贴片天线上蚀刻倾斜槽路；
3)使用椭圆形的贴片天线或接近正方形的矩形贴片天线；
4)其他。
上述现有技术实现的GPS贴片天线使用天线的低阶模来产生圆极化辐射。由于低阶模的辐射方向图是定向的，因此上述现有技术实现的GPS贴片天线只能产生定向圆极化辐射。
发明内容
本发明的主要目的是提出一种全向GPS贴片天线，旨在克服以上问题。
为实现上述目的，本发明提出的一种全向GPS贴片天线，包括辐射贴片、金属地板、馈电探针和介质板，辐射贴片和金属地板分别设于该介质板的上、下表面，馈电探针穿过介质板与辐射贴片连接，其中，辐射贴片与介质板同心设置，且呈闭合的不等边的对称多边形。
优选地，所述辐射贴片为由16条边、8个角组成的闭合的对称八角形，其中所述16条边按长度大小分为短边组和长边组，短边组的各边的长度相等，长边组的各边的长度相等，长边组的边的长度大于短边组的边的长度。
优选地，所述闭合的对称八角形的八个角为直角。
优选地，所述馈电探针依次穿过介质板的上、下表面与辐射贴片连接。
优选地，所述馈电探针的位置根据天线的性能与阻抗匹配要求确定，使得本天线在馈电探针的馈电位置上的输入阻抗与所连接的信号传输线的阻抗相同。
优选地，辐射贴片的尺寸根据天线的性能和阻抗匹配要求确定，使得本天线工作在GPS频段。
优选地，所述介质板为固体电介质。
优选地，本天线采用印刷电路板技术制作而成。
优选地，所述辐射贴片和金属地板为平面结构，紧贴介质板。
与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：本发明实现了全方向的圆极化辐射，提供了更大的信号发射/接收范围；而且本发明的工作带宽覆盖GPS L1频段，适用于地面GPS通信终端；此外本发明还具有平面化，剖面低，设计简单的特点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
图1为本发明的透视图；
图2为本发明的俯视图；
图3是本发明的侧视图；
图4是本发明的反射系数图；
图5是本发明的轴比图；
图6是本发明的辐射方向图，
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其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至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
如图1-6所示，本发明提出的一种全向GPS贴片天线，包括辐射贴片及金属地板、馈电探针、介质板，辐射贴片和金属地板分别设于该介质板的上、下表面，馈电探针穿过介质板与辐射贴片连接，其中，辐射贴片与介质板同心设置，且呈闭合的不等边的对称多边形。
在本发明实施例中，辐射贴片与介质板同心设置，且呈闭合的不等边的对称多边形，所述天线经由馈电探针馈入电磁能量后，可以激励起两个谐振频率接近的高次模，在两个高次模的谐振频率之间的某一点，两个高次模的辐射场的幅值相等，相位正交。于是在该频点附近，天线可以辐射圆极化波。由于高次模的辐射方向图是全向的，因此本发明可以实现全向的圆极化辐射，提供大范围的信号发射/接收。
优选地，所述辐射贴片为由16条边、8个角的闭合的对称八角形，其中所述16条边按长度大小分为短边组和长边组，短边组的各边的长度相等，长边组的各边的长度相等，长边组的边的长度大于短边组的边的长度。
优选地，所述闭合的对称八角形的八个角为直角。
在本实施例中，如图1所示，
短边组的各边：ai＝aj＝bk＝bl＝cm＝cn＝do＝dp,
长边组的各边：ej＝ek＝fl＝fm＝gn＝go＝hp＝hi,
本发明的天线经由馈电探针馈入电磁能量后，可以激励起两个谐振频率接近的高次模，在两个高次模的谐振频率之间的某一点，两个高次模的辐射场的幅值相等，相位正交，从而产生全向圆极化辐射，辐射贴片的8个角可以为锐角、钝角、圆角等类似种类的角，但其以直角为最佳。
优选地，所述馈电探针依次穿过介质板的上、下表面与辐射贴片连接。
优选地，所述馈电探针的位置根据天线的性能与阻抗匹配要求确定，使得本天线在馈电探针的馈电位置上的输入阻抗与所连接的信号传输线的阻抗相同。
优选地，辐射贴片的尺寸根据天线的性能和阻抗匹配要求确定，使得本天线工作在GPS频段。
在本实施例中，通过调节辐射贴片的尺寸，本天线的工作频段可以完全覆盖了GPSL1频段，适用于GPS地面通信终端。
优选地，所述介质板为固体电介质。
在本实施例中，使用固体电介质层装配难度低，便于生产。
优选地，本天线采用印刷电路板技术制作而成。
在本实施例中，制作天线采用印刷电路板(PCB)技术，成本低，装配难度低。
优选地，所述辐射贴片和金属地板为平面结构，紧贴介质板。
在本实施例中，通过上、下金属面紧贴介质板的表面和背面集成于一体，形成一个整体紧凑结构，降低天线的剖面，使其风阻小、易于实现与载体的共形。
本发明一较佳实施例的实景操作具体如下：
天线装配在介电常数为2.164，损耗角正切为0.001，厚度为3.0mm的电介质层上；天线的短边组的边的长度为27.0mm，天线的长边组的边的长度为28.3mm，馈电探针距离介质板的中心为32.2mm。
图4是本发明的反射系数曲线图；
图5是本发明的天线在1.575GHz，theta＝45°的方位角平面上的轴比图。
图6是是本发明工作在1.575GHz，在phi＝0°的滚动角平面和theta＝45°的方位角平面上的辐射方向图，可以看到天线在GPS L1频段内实现了全向圆极化辐射。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (9)
1.一种全向GPS贴片天线，其特征在于，包括辐射贴片、金属地板、馈电探针和介质板，辐射贴片和金属地板分别设于该介质板的上、下表面，馈电探针穿过介质板与辐射贴片连接，其中，辐射贴片与介质板同心设置，且呈闭合的不等边的对称多边形。
2.如权利要求1所述的全向GPS贴片天线，其特征在于，所述辐射贴片为由16条边、8个角组成的闭合的对称八角形，其中所述16条边按长度大小分为短边组和长边组，短边组的各边的长度相等，长边组的各边的长度相等，长边组的边的长度大于短边组的边的长度。
3.如权利要求2所述的全向GPS贴片天线，其特征在于，所述闭合的对称八角形的八个角为直角。
4.如权利要求1所述的全向GPS贴片天线，其特征在于，所述馈电探针依次穿过介质板的上、下表面与辐射贴片连接。
5.如权利要求1所述的全向GPS贴片天线，其特征在于，所述馈电探针的位置根据天线的性能与阻抗匹配要求确定，使得本天线在馈电探针的馈电位置上的输入阻抗与所连接的信号传输线的阻抗相同。
6.如权利要求1所述的全向GPS贴片天线，其特征在于，辐射贴片的尺寸根据天线的性能和阻抗匹配要求确定，使得本天线工作在GPS频段。
7.如权利要求1所述的全向GPS贴片天线，其特征在于，所述介质板为固体电介质。
8.如权利要求1所述的全向GPS贴片天线，其特征在于，本天线采用印刷电路板技术制作而成。
9.如权利要求1所述的全向GPS贴片天线，其特征在于，所述辐射贴片和金属地板为平面结构，紧贴介质板。
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| MENG ZOU: "Omnidirectional rectangular microstrip antenna operating at TM02 and TM20 modes for mobile applications", 《ELECTRONICS LETTERS》 * |
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