CN109167160A - 天线装置和gnss测量天线 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种天线装置，包括用于接电磁波的辐射单元主体、多个主体连接件和天线馈电板；天线馈电板设有多个馈电孔，天线馈电板的下底面设有与各个馈电孔连接的多组天线匹配网络；辐射单元主体为弧边切角矩形结构，设于天线馈电板的上表面一侧，通过各个主体连接件弯折连接至各个馈电孔，通过馈电孔分别连接各组天线匹配网络，使得电磁波信号经过该天线装置时，辐射单元主体产生的表面电流主要分布在辐射单元主体的边沿位置，通过馈电孔反馈至天线匹配网络对天线的工作频点进行搬移，提升了天线增益、带内平坦度和相位中心稳定性，准确接收导航系统的无线电磁波，提高了导航准确性，还实现了天线装置的小型化设计。还提供一种GNSS测量天线。

Description

天线装置和GNSS测量天线

技术领域

本发明涉及天线技术领域，特别是涉及一种天线装置和GNSS测量天线。

背景技术

随着地理位置信息的共享需要在日常生活中越来越多，定位精度要求也变得更高，作为高精度全球卫星导航定位系统终端接收机上所使用的GNSS(Global NavigationSatellite System，全球卫星导航系统)高精度接收天线对定位精度具有决定性影响，对宽频带、高增益、相位中心稳定的终端卫星导航系统天线研究已经成为一个热点技术，这类天线极化方式需满足右旋圆极化、双频工作即高频L1，1521至1621MHz和低频L2，1164至1300MHz，此外天线小型化、低成本以及兼容性趋势也成为越来越明显，具有小型化全频带覆盖GNSS导航测量型天线将会成为以后导航领域主流天线。

传统技术通常采用多层层叠式的微带天线和组合型天线作为多种导航系统的天线装置，例如GNSS的测量天线。然而，这种天线装置存在工作带宽和圆极化轴比带宽较窄等缺陷，无法覆盖L1和L2频段，难以满足高精度导航卫星系统接收机兼容所有导航系统的要求，造成导航准确性偏低，而且这类天线装置一般采用高介电材质作为天线基板，还导致天线成本增加，其天线结构也更为复杂。

发明内容

基于此，有必要针对传统技术提供的天线装置的导航准确性偏低的问题，提供一种天线装置和GNSS测量天线。

一种天线装置，包括用于接电磁波的辐射单元主体、多个主体连接件和天线馈电板；其中，

所述天线馈电板设有多个馈电孔，所述天线馈电板的下底面设有与各个所述馈电孔连接的多组天线匹配网络；

所述辐射单元主体为弧边切角矩形结构，设于所述天线馈电板的上表面一侧，通过各个所述主体连接件弯折连接至各个所述馈电孔，通过各个所述馈电孔分别连接各组所述天线匹配网络。

上述天线装置，辐射单元主体采用弧边切角矩形结构，并通过多个主体连接件弯折连接到天线馈电板的多个馈电孔上，通过该馈电孔与天线馈电板下底面的天线匹配网络连接，使得如导航系统发出的无线电磁波信号经过该天线装置时，辐射单元主体产生的表面电流主要分布在辐射单元主体的边沿位置，通过馈电孔反馈至天线匹配网络对天线的工作频点进行搬移，提升了天线的增益、带内平坦度和相位中心的稳定性，使得该天线装置能够准确接收各个导航系统的无线电磁波，提高了导航准确性，适合作为高精度导航系统接收天线装置使用，而且还实现了对天线装置的小型化设计，便于加工还降低了天线的制作成本。

在一个实施例中，所述天线匹配网络包括：传输微带线和开路微带线；其中，所述传输微带线的一端连接所述开路微带线，另一端连接所述馈电孔。

在一个实施例中，所述传输微带线的长度为所述电磁波波长的四分之一；所述开路微带线的长度为所述电磁波波长的二分之一；其中，所述开路微带线为蛇形走线设计。

在一个实施例中，所述传输微带线为特性阻抗大于50欧姆的传输微带线；所述开路微带线为特性阻抗小于50欧姆的开路微带线。

在一个实施例中，所述传输微带线上设有电感值范围为1至10纳亨的电感。

在一个实施例中，所述辐射单元主体和主体连接件均为金属薄片；所述辐射单元主体包括多个直侧边，分别与各个所述主体连接件一体连接。

在一个实施例中，所述辐射单元主体与各个所述主体连接件弯折形成倾角范围为120至150度的弧形倾角。

在一个实施例中，各个所述主体连接件的端部设有插针，用于插入所述天线馈电板的馈电孔连接所述天线匹配网络。

在一个实施例中，还包括金属寄生壁；其中，所述金属寄生壁的底部设有锯齿，嵌入至设于所述天线馈电板的寄生壁装配孔中，用于将所述金属寄生壁固定于所述辐射单元主体的四周；还包括设于所述辐射单元主体的圆孔，用于集成其他天线装置。

在一个实施例中，提供了一种GNSS测量天线，包括如上任一项实施例所述的天线装置。

上述GNSS测量天线，包括如上任一项实施例所述的天线装置，使得全球卫星导航系统发出的无线电磁波信号经过该GNSS测量天线时，辐射单元主体产生的表面电流主要分布在辐射单元主体的边沿位置，通过馈电孔反馈至天线匹配网络对测量天线的工作频点进行搬移，提升了天线的增益、带内平坦度和相位中心的稳定性，使得该测量天线能够准确接收全球卫星导航系统的无线电磁波，提高了全球卫星导航系统的导航准确性，而且还实现了对GNSS测量天线的小型化设计，便于加工降低了天线的制作成本。

附图说明

图1为一个实施例中天线装置的结构示意图；

图2(a)为一个实施例中天线装置的辐射单元向外延展的结构示意图；

图2(b)为一个实施例中天线装置的辐射单元向内收缩的结构示意图；

图3为一个实施例中天线装置的下底面结构示意图；

图4为一个实施例中天线装置的回波损耗特性的示意图；

图5(a)为一个实施例中天线装置的一种表面电流分布示意图；

图5(b)为一个实施例中天线装置的另一种表面电流分布示意图。

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，以下结合附图及具体实施方式，对本发明进行进一步的详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用以解释本发明，并不限定本发明的保护范围。需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。

在一个实施例中，提供了一种天线装置，参考图1，图1为一个实施例中天线装置的结构示意图，该天线装置可以包括：

辐射单元主体100、多个主体连接件200和天线馈电板300；其中，辐射单元主体100通过多个主体连接件200连接至所述天线馈电板300。

在本实施例中，天线馈电板300属于天线的无源结构，是天线射频前端的一部分；可以采用圆对称的天线馈电电路板作为天线馈电板300，该天线馈电板300上设有多个馈电孔310，参考图2，图2为一个实施例中天线装置的下底面结构示意图，天线馈电板300的下底面设有多组天线匹配网络320，各组天线匹配网络320分别连接至各个所述馈电孔310；其中，各个所述馈电孔310用于将辐射单元主体100的表面电流反馈至相应的天线匹配网络320，天线匹配网络320用于实现对天线装置的天线工作频点进行搬移，具体的，可以通过对天线匹配网络320的阻抗变化实现谐振频率的搬移以提升天线增益，以改善天线装置的平坦度性能。

天线装置往往只有工作在自身特定的频带内才能实现对电磁波信号进行收发，而天线的频带与带宽往往受限于天线自身的结构尺寸。本实施例的天线匹配网络320可以运用于对天线工作频带的匹配之中，以实现对天线工作频点的搬移，使得如全球定位导航系统发出的电磁波信号经过该天线装置的辐射单元主体100所引起的电磁波信号反射较小的条件下，无耗传输至下行电路中去，因此可以根据各个导航系统所需要的天线实际尺寸选取适合天线匹配网络，使之在相应频点匹配最优，以实现天线结构小型化设计。

辐射单元主体100是指用于接收如导航系统发出的无线电磁波信号的媒介，设于天线馈电板300的上表面一侧。其中，辐射单元主体100采用弧边切角矩形结构，通过各个所述主体连接件200弯折连接到各个馈电孔310中，通过各个所述馈电孔310分别对应连接至设于天线馈电板300下底面的各组天线匹配网络320。

本实施的辐射单元主体100采用弧边切角技术形成弧边切角矩形结构，使得辐射单元主体100具有较高的中心对称度，通过各个所述主体连接件200弯折连接到各个馈电孔310，可增加天线辐射体积，降低谐振频率；而且，弧边切角结构使辐射单元主体100的表面电流均匀分布在辐射单元主体100的边沿位置，削弱了边沿电流分布集中在矩形四角的情况，提升增益及带内平坦度，相比于多层微带天线双频之间相位中心偏差更小，提高相位中心稳定性，定位精度更高。

上述天线装置，辐射单元主体采用弧边切角矩形结构，并通过多个主体连接件弯折连接到天线馈电板的多个馈电孔上，通过该馈电孔与天线馈电板下底面的天线匹配网络连接，使得如导航系统发出的无线电磁波信号经过该天线装置时，辐射单元主体产生的表面电流主要分布在辐射单元主体的边沿位置，通过馈电孔反馈至天线匹配网络对天线的工作频点进行搬移，提升了天线的增益、带内平坦度和相位中心的稳定性，使得该天线装置能够准确接收各个导航系统的无线电磁波，提高了导航准确性，适合作为高精度导航系统接收天线装置使用，而且还实现了对天线装置的小型化设计，便于加工还降低了天线的制作成本。

在一个实施例中，辐射单元主体100和主体连接件200均可以采用金属薄片。

参考图1，图1为一个实施例中天线装置的结构示意图，本实施例辐射单元主体100和主体连接件200可以采用单层的金属薄片作为天线装置的单层微带结构单元，相比于传统的多层微带结构单元天线或是组合型空气型天线，结构简单，加工精度要求下降，成本降低，装配工艺复杂度也可减小，而且质量更轻，更加符合小型化设计需求，此外以金属结构作为辐射主体的天线，加工简单，可有效降低装配误差引起天线性能的变化，有利于该天线装置准确接收各个导航系统的无线电磁波，从而提高导航准确性。

在一个实施例中，辐射单元主体100可以采用四角的弧边切角矩形结构，形成四个弧边切角110和四个直侧边120。

参考图2(a)，图2(a)为一个实施例中天线装置的辐射单元向外延展的结构示意图，辐射单元主体100采用四角的弧边切角矩形，利用弧边切角技术切去矩形四角形成具有四个弧边切角110以及四个直侧边120的弧边切角矩形结构。

在一个实施例中，进一步的，各个主体连接件200均采用弧边三角形结构。

参考图2(a)，图2(a)为一个实施例中天线装置的辐射单元向外延展的结构示意图，本实施例采用弧边三角形结构的各个所述主体连接件200可以分别与辐射单元主体100的各个直侧边120进行连接。

本实施例的技术方案采用弧边三角形作为主体连接件200的结构，进一步削弱了辐射单元主体100的边沿电流分布集中在矩形四角的情况，有利于提升增益及带内平坦度，提高相位中心稳定性，从而保证该天线装置能够准确接收各个导航系统的无线电磁波，从而提高导航准确性。

在一个实施例中，进一步的，各个主体连接件200的端部可以设有插针210。

参考图2(a)，插针210用于插入天线馈电板300的馈电孔310中，连接至天线馈电板300下底面的天线匹配网络320。

本实施例辐射单元主体100可以采用四角弧边切角矩形结构，主体连接件200可以采用弧边三角形结构，四个主体连接件200连接至辐射单元主体100的四个直侧边，分别通过设于弧边三角形端部的插针210将辐射单元主体100连接至天线馈电板300下底面的天线匹配网络320，使得电磁波信号经过辐射单元主体100产生的表面电流可以通过四个所述插针210直插至天线馈电板300底部，该结构以将空气作为其介质基板，形成四馈点激励作为馈电形式实现右旋圆极化效果，整个天线呈中心对称结构，充分保证相位中心不出现偏差，进一步稳定带内增益和相位中心，有利于该天线装置准确接收各个导航系统的无线电磁波，从而提高导航准确性。而且，相比于其他如GNSS天线装置复杂结构及装配工艺，本实施例所采用的直插馈针结构，减小了人为装配误差同时减小装配工艺及成本。

在一个实施例中，辐射单元主体100可以通过四个直侧边120与各个主体连接件200进行一体连接。

本实施例的技术方案主要是将辐射单元主体100和各个主体连接件200进行一体连接，该技术方案可以进一步简化该天线装置的结构，降低制作成本和装配工艺复杂度。

在一个实施例中，进一步的，该辐射单元主体100与各个所述主体连接件200进行弯折连接，并形成倾角范围为120至150度的弧形倾角。

本实施例中，辐射单元主体100与主体连接件200进行连接，能够使该主体连接件200向外拓展或向内伸缩，参考图2(a)和图2(b)，其中，图2(a)为一个实施例中天线装置的辐射单元向外延展的结构示意图，图2(b)为一个实施例中天线装置的辐射单元向内收缩的结构示意图，辐射单元主体100与各个主体连接件200进行连接，并可以向内弯折形成如图2(b)中所示的倾角范围为120至150度的弧形倾角200a。

本实施例的技术方案通过将辐射单元主体100与主体连接件200进行弯折连接并形成倾角范围为120至150度的弧形倾角，以增大天线有效辐射面积，降低天线谐振频点，而且可以采用四角弧边切角矩形作为辐射单元主体100，采用弧边三角形作为主体连接件200直插天线馈电板300，使得整个天线装置呈中心对称结构，充分保证相位中心不出现偏差，使得该天线装置能够准确接收各个导航系统的无线电磁波，从而提高导航准确性。

在一个实施例中，还包括设于辐射单元主体100上的圆孔130。

考虑到如全球卫星导航系统的天线装置通常需要与电台、网络、蓝牙等天线组合，本实施例在辐射单元主体100上设一圆孔130，圆孔130主要用于与其他的天线装置进行集成，节约空间。为保证整个天线装置结构的对称性，圆孔130可以设于辐射单元主体100的几何中心处。

在一个实施例中，还包括设于辐射单元主体100的四周的金属寄生壁400。

参考图1，图1为一个实施例中天线装置的结构示意图，本实施例中，金属寄生壁400可以采用圆形的金属寄生壁，金属寄生壁400的底部设有锯齿结构，嵌入至设于天线馈电板300上的寄生壁装配孔340中，用于将该金属寄生壁400固定于辐射单元主体100的四周，将辐射单元主体100包裹在金属寄生壁400内。一般来说，金属寄生壁400应不高于辐射单元主体100的高度。

本实施例通过在辐射单元主体100外围加载金属寄生结构，可以达到抑制在复杂环境下低仰角多路径效应，提升天线装置的圆极化轴比波束宽度，改善天线装置的圆极化轴比方位角特性，而且还可以降低相位中心偏差，有利于该天线装置准确接收各个导航系统的无线电磁波，从而提高导航准确性。

在一个实施例中，参考图3，图3为一个实施例中天线装置的下底面结构示意图，天线匹配网络320包括：传输微带线321和开路微带线322。

在本实施例中，天线匹配网络320包括传输微带线321和开路微带线322，传输微带线321的一端可以通过合路端口324连接所述开路微带线322，传输微带线321的另一端连接至所述馈电孔310。

本实施例的技术方案，天线匹配网络320依据四分之一传输微带线321和二分之一开路微带线322作为其天线匹配网络原理，可独立调节传输微带线321和开路微带线322的线长和线宽，使得天线工作频点向低频方向偏移，在相应频点处匹配最佳，实现对该天线装置的小型化设计，还有利于该天线装置准确接收各个导航系统的无线电磁波，提高导航准确性。

在一个实施例中，参考图3，图3为一个实施例中天线装置的下底面结构示意图，天线馈电板300的下底面可以设有敷铜区域331和未敷铜区域332。

其中，未敷铜区域332示出了除了天线匹配网络320以外其余部分均未敷铜的中间介质材料区域，敷铜区域331表示表面敷铜，将天线馈电板300的中间介质材料覆盖住。

本实施例预留天线馈电板300的内圈未敷铜区域332没有敷铜，便于该天线装置的有源电路的设计。

在一个实施例中，进一步的，传输微带线321的长度设计为电磁波波长的四分之一；开路微带线322的长度设计为所述电磁波波长的二分之一。

本实施传输微带线321的长度为待接收电磁波波长的四分之一，开路微带线322的长度为该电磁波波长的二分之一，以实线对该电磁波谐振频点的搬移，有利于该天线装置准确接收各个导航系统的无线电磁波，从而提高导航准确性。一般来说，传输微带线321可以选用特性阻抗大于50欧姆的微带线，可以选用特性阻抗则小于50欧姆的微带线作为所述开路微带线322。

在一个实施例中，进一步的，参考图3，图3为一个实施例中天线装置的下底面结构示意图，为了节省天线匹配网络320在天线馈电板的下底面的布局空间，开路微带线322可以采用蛇形走线设计，有利于进一步缩小该天线装置，在实现天线的小型化设计的同时还可以准确接收各个导航系统的无线电磁波，提高导航准确性。

在一个实施例中，参考图3，图3为一个实施例中天线装置的下底面结构示意图，传输微带线321上设有电感值范围为1至10纳亨的电感323。

本实施例主要是通过加载集中元件技术，在传输微带线321上加载电感器件323，该电感323的具体感值可以根据需要经过调试确定，一般为1至10纳亨之间，用于提升改善天线有效带宽内增益和平坦度。

本实施例在传输微带线321上加载集中元件电感323，能够提升天线增益，增加带内平坦度，使得天线能够准确接收各个导航系统的无线电磁波，提高导航准确性。

在一个实施例中，针对传统技术提供的天线装置的导航准确性偏低的问题，还提供一种GNSS测量天线，包括如上任一项实施例所述的天线装置。

在本实施例中，提供了一种GNSS测量天线，即用于全球卫星导航系统的测量天线，该GNSS测量天线可以包括如上任意一个实施例所述的天线装置。

参考图4，图4为一个实施例中天线装置的回波损耗特性的示意图，在图4中，横坐标用于表示电磁波的频段，纵坐标用于表示GNSS测量天线的S11参数即回波损耗，可见，该GNSS测量天线的S11参数即回波损耗小于-10dB频段基本覆盖了L1(1521-1621MHz)、L2(1164-1300MHz)频段GNSS导航系统，通常规定天线S11小于-10dB区间即为天线工作频带，可见本实施例提供的GNSS测量天线具有宽频带特性，可以作为L1、L2频段所有卫星系统接收天线，而且该天线采用空气微带结构，比空气组合型天线结构更加简单，天线工作频带也更宽，还有利于降低天线装置的制作成本。

参考图5(a)和图5(b)，图5(a)和图5(b)均表示了GNSS测量天线在特定电磁波频率处的表面电流分布情况，图5(a)为一个实施例中天线装置的一种表面电流分布示意图，其中，图5(a)示出了该GNSS测量天线在电磁波频率为1.227GHz处的表面电流分布，图5(b)为一个实施例中天线装置的另一种表面电流分布示意图，图5(b)示出了在电磁波频率为1.575GHz处的表面电流分布，可见该GNSS测量天线的表面电流均匀分布在辐射单元的边沿位置，从而提升了天线增益和相位中心稳定度。

上述GNSS测量天线，包括如上任一项实施例所述的天线装置，使得全球卫星导航系统发出的无线电磁波信号经过该GNSS测量天线时，辐射单元主体产生的表面电流主要分布在辐射单元主体的边沿位置，通过馈电孔反馈至天线匹配网络对测量天线的工作频点进行搬移，提升了天线的增益、带内平坦度和相位中心的稳定性，使得该测量天线能够准确接收全球卫星导航系统的无线电磁波，提高了全球卫星导航系统的导航准确性，而且还实现了对GNSS测量天线的小型化设计，便于加工降低了天线的制作成本。

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发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种天线装置，其特征在于，包括用于接电磁波的辐射单元主体、多个主体连接件和天线馈电板；其中，

所述天线馈电板设有多个馈电孔，所述天线馈电板的下底面设有与各个所述馈电孔连接的多组天线匹配网络；

所述辐射单元主体为弧边切角矩形结构，设于所述天线馈电板的上表面一侧，通过各个所述主体连接件弯折连接至各个所述馈电孔，通过各个所述馈电孔分别连接各组所述天线匹配网络。

2.根据权利要求1所述的天线装置，其特征在于，所述天线匹配网络包括：传输微带线和开路微带线；其中，所述传输微带线的一端连接所述开路微带线，另一端连接所述馈电孔。

3.根据权利要求2所述的天线装置，其特征在于，所述传输微带线的长度为所述电磁波波长的四分之一；所述开路微带线的长度为所述电磁波波长的二分之一；其中，所述开路微带线为蛇形走线设计。

4.根据权利要求2所述的天线装置，其特征在于，所述传输微带线为特性阻抗大于50欧姆的传输微带线；所述开路微带线为特性阻抗小于50欧姆的开路微带线。

5.根据权利要求2所述的天线装置，其特征在于，所述传输微带线上设有电感值范围为1至10纳亨的电感。

6.根据权利要求1所述的天线装置，其特征在于，所述辐射单元主体和主体连接件均为金属薄片；所述辐射单元主体包括多个直侧边，分别与各个所述主体连接件一体连接。

7.根据权利要求6所述的天线装置，其特征在于，所述辐射单元主体与各个所述主体连接件弯折形成倾角范围为120至150度的弧形倾角。

8.根据权利要求6所述的天线装置，其特征在于，各个所述主体连接件的端部设有插针，用于插入所述天线馈电板的馈电孔连接所述天线匹配网络。

9.根据权利要求1至8任一项所述的天线装置，其特征在于，还包括金属寄生壁；其中，所述金属寄生壁的底部设有锯齿，嵌入至设于所述天线馈电板的寄生壁装配孔中，用于将所述金属寄生壁固定于所述辐射单元主体的四周；

还包括设于所述辐射单元主体的圆孔，用于集成其他天线装置。

10.一种GNSS测量天线，其特征在于，包括如权利要求1至9任一项所述的天线装置。