CN111293401A - 导航天线及卫星通信接收机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种导航天线及卫星通信接收机，导航天线包括第一天线板和第二天线板；第一电缆和第二电缆，第一电缆的一端与第一天线板电性连接，第二电缆的一端与第二天线板电性连接；及第一振子臂和第二振子臂，第一振子臂设于第一天线板、并与第一电缆电性连接，第二振子臂设于第二天线板、并与第二电缆电性连接，在第一投影平面上第一振子臂的第一端与第二振子臂的第三端相交、使第一振子臂和第二振子臂之间形成宽度逐渐增大的间隙。在第一投影平面上，第一振子臂和第二振子臂之间形成宽度由内到外逐渐增大的间隙，从而使导航天线获得更宽的频段支持，满足对宽频及多卫星定位系统支持的要求。

Description

导航天线及卫星通信接收机

技术领域

本发明涉及卫星通信导航技术领域，特别是涉及一种导航天线及卫星通信接收机。

背景技术

随着全球一体化的不断发展，卫星导航系统在航空航天、汽车导航、通信、测绘及娱乐等领域均得到了广泛应用。全球卫星导航系统是指能在地球表面或近地空间的任何地点为用户提供全天候三维坐标、速度及时间信息的空间无线电导航定位系统，其原理是：卫星与用户间的距离测量基于卫星信号的发射时间与到达接收机的时间之差，即所谓的伪距。为了计算用户的三维位置及接收机的时钟偏差，伪距测量要求至少接收来自四颗卫星的信号。

全球有四大卫星定位系统：美国的全球定位系统(GPS)、前苏联/俄罗斯的全球导航卫星系统(GLONASS)、欧洲航天局的伽利略卫星定位系统和中国的北斗导航卫星定位系统。各导航系统的工作频段差别大，而在实际使用钟多数情况下需使用多种导航系统，目前的导航天线存在频段窄，无法满足宽频及支持多个卫星定位系统的要求。

发明内容

基于此，有必要提供一种导航天线及卫星通信接收机，该导航天线能够实现更宽的频段支持，以满足对宽频及多卫星定位系统支持的要求；该卫星通信接收机包含前述的导航天线，支持更宽的频段。

其技术方案如下：

一方面，提供了一种导航天线，包括第一天线板和第二天线板；第一电缆和第二电缆，第一电缆的一端与第一天线板电性连接，第二电缆的一端与第二天线板电性连接；及第一振子臂和第二振子臂，第一振子臂设于第一天线板、并与第一电缆电性连接，第二振子臂设于第二天线板、并与第二电缆电性连接，在第一投影平面上第一振子臂的第一端与第二振子臂的第三端相交、使第一振子臂和第二振子臂之间形成宽度逐渐增大的间隙。

上述导航天线，在第一投影平面上，第一振子臂和第二振子臂之间形成宽度由内到外逐渐增大的间隙，从而使导航天线获得更宽的频段支持，满足对宽频及多卫星定位系统支持的要求。

下面进一步对技术方案进行说明：

在其中一个实施例中，第一振子臂在远离第一端的方向上呈逐渐变宽设置，第二振子臂在远离第三端的方向上呈逐渐变宽设置、使第一振子臂和第二振子臂之间在第一投影平面上形成宽度逐渐增大的间隙。

在其中一个实施例中，第一振子臂的第二端与第一端相对设置，第二端设有第一延伸板；第二振子臂的第四端与第三端相对设置，第四端设有第二延伸板。

在其中一个实施例中，第一振子臂设有两个、并分别贴设于第一天线板的两侧，第二振子臂设有两个、并分别贴设于第二天线板的两侧，第一天线板和第二天线板之间呈叠层设置。

在其中一个实施例中，第一天线板和第二天线板之间呈90度夹角叠层设置。

在其中一个实施例中，第二天线板设有非金属化孔，非金属化孔用于使第一电缆的一端穿过、以使第一电缆的一端与第一天线板电性连接。

在其中一个实施例中，导航天线还包括反射板和支撑组件，第一电缆的另一端和第二电缆的另一端均与反射板电性连接，支撑组件包括第一支撑杆和第二支撑杆，第一支撑杆的两端分别与第一天线板和反射板连接，第二支撑杆的两端分别与第二天线板和反射板连接。

在其中一个实施例中，导航天线还包括移相器，第一电缆的另一端和第二电缆的另一端与移相器电性连接。

在其中一个实施例中，导航天线还包括底板和设于底板的罩壳，反射板固设于底板，第一天线板、第二天线板、第一电缆、第二电缆、第一振子臂和第二振子臂均位于罩壳内，底板还设有与反射板电性连接的输出接口。

另一方面，还提供了一种卫星通信接收机，包括如上述任一个技术方案所述的导航天线。

上述卫星通信接收机，采用前述的导航天线，能够支持更宽的频段。

附图说明

图1为实施例中导航天线的整体结构爆炸图；

图2为图1实施例导航天线整体结构示意图；

图3为图1实施例中的一部分结构的爆炸图；

图4为第一振子臂和第二振子臂的俯视图；

图5为第一振子臂、第二振子臂、第一电缆和第二电缆装配图；

图6为图5的A局部结构示意图；

图7为第一振子臂的俯视结构图。

附图标注说明：

100、反射板，210、第一天线板，220、第二天线板，310、第一电缆，320、第二电缆，410、第一振子臂，411、第一延伸板，412、第一连接部，420、第二振子臂，510、第一支撑杆，520、第二支撑杆，600、底板，610、输出接口，700、罩壳，800、间隙。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明：

需要说明的是，文中所称元件与另一个元件“固定”时，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与另一个元件“连接”时，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。相反，当元件被称作“直接在”另一元件“上”时，不存在中间元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

如图1至图6所示的实施例，提供了一种导航天线，包括第一天线板210和第二天线板220；第一电缆310和第二电缆320，第一电缆310的一端与第一天线板210电性连接，第二电缆320的一端与第二天线板220电性连接；及第一振子臂410和第二振子臂420，第一振子臂410设于第一天线板210、并与第一电缆310电性连接，第二振子臂420设于第二天线板220、并与第二电缆320电性连接，在第一投影平面上第一振子臂410的第一端与第二振子臂420的第三端相交、使第一振子臂410和第二振子臂420之间形成宽度逐渐增大的间隙800。

在第一投影平面上，第一振子臂410和第二振子臂420之间形成宽度由内到外逐渐增大的间隙800，从而使导航天线获得更宽的频段支持，满足对宽频及多卫星定位系统支持的要求。

通常，导航天线采用贴片式天线结构设计，带宽很窄，一般不到5％，只能支持窄带频段，不支持宽带频段(在宽带频段上使用时增益急剧降低)；即使使用多个导航天线进行集成，仍无法满足宽带要求。

全球有四大定位导航系统，美国的全球定位系统(GPS)、前苏联/俄罗斯的全球卫星系统(GLONASS)、欧洲航天局的伽利略卫星定位系统和中国的北斗导航卫星定位系统。若要支持所有导航系统的频段，需要导航天线的工作频段更宽，如需要使工作频段在1.1GHz-2.6GHz。在该工作频段内，天线的轴比小于3dB，增益大于6dB，而贴片式天线结构无法满足。

本实施例提供的导航天线，第一电缆310和第二电缆320作为馈电电缆，第一电缆310的上端连接第一天线板210，第二电缆320的上端连接第二天线板220，第一振子臂410设在第一天线板210上，第二振子臂420设在第二天线板220上，在第一投影平面上，第一振子臂410的第一端和第二振子臂420的第三端之间相交，以使第一振子臂410和第二振子臂420之间的间隙800呈逐渐增大设置，通过这种渐变式的间隙800设置，满足宽频的要求。

设计时，首先根据频段的设计需要进行仿真和计算，得到第一振子臂410和第二振子臂420之间需要设置的间隙800的大小，以后续使用时进行具体尺寸设置，使第一振子臂410和第二振子臂420之间形成所需的呈逐渐变宽设置的间隙800，满足对特定宽频频段的需要。

第一振子臂410设有一个、并设于第一天线板210，第二振子臂420设有一个、并设于第二天线板220，形成单极子；当然，第一振子臂410也可以设置两个、并分别设于第一天线板210的两侧，第二振子臂420设置两个、并分别设于第二天线板220的两侧，形成偶极子，不再赘述。

进一步地，第一天线板210和第二天线板220之间呈夹角设置、并交叠设置，如图3所示，第一天线板210和第二天线板220呈一上一下设置，第一天线板210的上下两侧分别设有一个第一振子臂410，第二天线板220的上下两侧分别设有一个第二振子臂420，第一振子臂410和第二振子臂420之间在俯视视角时形成由内而外呈渐宽设置的间隙800。

如图3至图6所示的实施例，第一天线板210和第二天线板220呈上下叠加设置、并分别与对应的第一电缆310和第二电缆320连接(第一天线板210和第二天线板220可以是FR4板材)，第一天线板210上设有两个第一振子臂410，第二天线板220上设有两个第二振子臂420，第一振子臂410和第二振子臂420均为平面振子臂，从而形成两个宽带偶极子。由于第一振子臂410设在第一天线板210上，第二振子臂420设在第二天线板220上，第一振子臂410和第二振子臂420并非在同一平面，也即呈一上一下设置，但第一振子臂410的板平面和第二振子臂420的板平面平行，在第一投影平面(与第一振子臂410的板平面平行)上进行投影时，第一振子臂410的第一端和第二振子臂420的第三端相交，使第一振子臂410和第二振子臂420之间的间隙800由内侧朝外侧呈逐渐增大设置。

当然，在满足要求的情况下，第一振子臂410和第二振子臂420也可以设在同一平面，此时，第一振子臂410和第二振子臂420之间直接形成一个渐变式的间隙800，该间隙800的宽度由内而外逐渐增大设置，以满足宽频频段的需求。

如图1至图6所示，第一天线板210和第二天线板220均呈长方形板设置。

如图1至图7所示的实施例，第一振子臂410在远离第一端的方向上呈逐渐变宽设置，第二振子臂420在远离第三端的方向上呈逐渐变宽设置、使第一振子臂410和第二振子臂420之间在第一投影平面上形成宽度逐渐增大的间隙800。

如图7所示，第一振子臂410设有第一斜边和第二斜边，第一斜边和第二斜边呈夹角设置、以使第一振子臂410呈逐渐收缩设置；第二振子臂420同理设置，不再赘述。

如图4和图5所示，第一振子臂410和第二振子臂420之间的在第一投影平面上投影后的间隙800为锐角。

如图4、图5和图7所示的实施例，第一振子臂410的第二端与第一端相对设置，第二端设有第一延伸板411；第二振子臂420的第四端与第三端相对设置，第四端设有第二延伸板。

如图7所示，第一振子臂410的第一端为左端，第二端为右端，右端往外延伸形成第一延伸板411，第一延伸板411未进一步变宽，宽度保持不变。第一振子臂410和第一延伸板411呈一体设置。

第一振子臂410和第二振子臂420之间由于渐变间隙800的设置，能够实现导航天线的宽频段在1.1GHz-2.6GHz，输入阻抗在50Ω左右，不仅满足了宽频和对多卫星定位系统的支持，同时还避免了多余的巴伦设计。而单独只有第一振子臂410的情况下，需要将第一振子臂410制作的更长，才能满足导航天线的输入阻抗要求，这就必然增大整个第一振子臂410的占用空间，也增大了整个导航天线和卫星通信接收机的占用空间。通过第一延伸板411的设置，在满足宽频段1.1GHz-2.6GHz及输入阻抗50Ω要求的情况下，无需将第一振子臂410设置的很长，只需在第一振子臂410上设置第一延伸板411即可，节约了占用空间，同时，也节省了材料成本，并能够在设计时将导航天线和卫星通信接收机的尺寸设计的更小，满足微型化的发展需求；第二振子臂420和第二延伸板的设置同理，不再赘述。

进一步地，第一振子臂410的第一端还设有第一连接部412，第二振子臂420的第三端还设有第二连接部。第一连接部412用于与第一电缆310配合电性连接，第二连接部用于与第二电缆320配合电性连接。

如图7所示，第一振子臂410的第一端(左端)设有呈矩形的条板，该条板上设有连接孔(即第一连接部412的具体设置)，第一电缆310与该连接孔配合实现电性连接；第二振子臂420可同理设置，不再赘述。

如图2至图7所示，第一振子臂410的左侧呈锥形板设置(第一斜边和第二斜边)，第一振子臂410的右侧形成矩形或长方形的第一延伸板411，以在满足宽频及输入阻抗要求的情况下进一步使结构更加紧凑，减少占用空间。

如图1、图3至图7所示的实施例，第一振子臂410设有两个、并分别贴设于第一天线板210的两侧，第二振子臂420设有两个、并分别贴设于第二天线板220的两侧，第一天线板210和第二天线板220之间呈叠层设置。

进一步地，第一天线板210和第二天线板220之间呈90度夹角叠层设置。

第一天线板210和第二天线板220垂直交叠设置；第一天线板210的两侧板面均设有第一振子臂410，两个第一振子臂410呈180°角设置，也即两个第一振子臂410呈镜像设置；第二天线板220的两侧板面均设有第二振子臂420，两个第二振子臂420呈180°角设置，也即两个第二振子臂420呈镜像设置；第一天线板210和第二天线板220之间形成十字交叉结构，两个第一振子臂410和两个第二振子臂420之间形成十字交叉结构，且相邻的第一振子臂410和第二振子臂420之间在俯视视角时形成由内侧到外侧呈宽度逐渐增大的间隙800。如此设置，形成两个十字交叉的宽带偶极子，且能够形成更宽的频率范围(如1.1GHz-2.6GHz)、并使输入阻抗保持在一定范围(如50Ω左右)内。

在一个实施例中，第二天线板220设有非金属化孔，非金属化孔用于使第一电缆310的一端穿过、以使第一电缆310的一端与第一天线板210电性连接。

第一电缆310和第二电缆320分别与第一天线板210和第二天线板220电性连接，连接时，第一电缆310的上端穿过第二天线板220、以与第一天线板210电性连接，因此，在第二天线板220上设置非金属化孔，以满足第一电缆310的穿设需要；而由于第一天线板210和第二天线板220均为线路基板，线路基板上均设有覆铜层或合路电路层，因此，第一电缆310在穿过第二天线板220时不能与第二天线板220上的线路之间发生连接，在第二天线板220上设置非金属化孔满足该需求，提高工作稳定性和安全性。

第一天线板210的上下两侧均设有第一振子臂410，第二天线板220的上下两侧均设有第二振子臂420，第一电缆310的上端通过非金属化孔穿过第二天线板220、以与第一天线板210电性连接，第一电缆310还与第一天线板210上的两个第一振子臂410均电性连接；第二电缆320的上端与第二天线板220电性连接，第二电缆320还与第二天线板220上的两个第二振子臂420均电性连接。

如图1所示的实施例，导航天线还包括反射板100和支撑组件，第一电缆310的另一端和第二电缆320的另一端均与反射板100电性连接，支撑组件包括第一支撑杆510和第二支撑杆520，第一支撑杆510的两端分别与第一天线板210和反射板100连接，第二支撑杆520的两端分别与第二天线板220和反射板100连接。

支撑组件起到将天线板支撑在反射板100上的作用，第一支撑杆510用于支撑第一天线板210，第二支撑杆520用于支撑第二天线板220，使整个结构更加稳固。

图1中，第一支撑杆510设有四个，第二支撑杆520设有四个，第一支撑杆510和第二支撑杆520均由塑料材质制作而成，以降低生产和用料成本。

在一个实施例中，导航天线还包括移相器，第一电缆310的另一端和第二电缆320的另一端与移相器电性连接。

进一步地，第一电缆310的另一端(下端)与移相器中的第一移相网络连接，第二电缆320的另一端(下端)与移相器中的第二移相网络连接。

具体地，第一电缆310和第二电缆320分别与移相器中两路输出的90度宽带移相网络，即与第一移相网络和第二移相网络连接，以使两个第一天线板210和第二天线板220形成的正交宽带偶极子通过两路输出的90度宽带移相网络后，可同时实现导航天线的右旋和左旋圆极化性能；第一天线板210对应设有第一射频接头，第二天线板220对应设有第二射频接头，第一射频接头和第二射频接头分别通过第一电缆310和第二电缆320与两路输出的90度宽带移相网络相连，分别提供右旋圆极化功能和左旋圆极化功能。

当然，90度宽带移相网络还可以采用90度微带电桥或90宽带贴片电桥元器件进行代替，不再赘述。

如图1和图2所示的实施例，导航天线还包括底板600和设于底板600的罩壳700，反射板100固设于底板600，第一天线板210、第二天线板220、第一电缆310、第二电缆320、第一振子臂410和第二振子臂420均位于罩壳700内，底板600还设有与反射板100电性连接的输出接口610。

罩壳700起到对整个导航天线内部结构的保护作用，底板600用于固定反射板100，通过螺钉将反射板100固定于底板600上，提高了导航天线的抗震动冲击能力。

本实施例还提供了一种卫星通信接收机，包括如上述任一个实施例所述的导航天线。

该卫星通信接收机，采用前述的导航天线，能够支持更宽的频段。

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)

1.一种导航天线，其特征在于，包括：

第一天线板和第二天线板；

第一电缆和第二电缆，所述第一电缆的一端与所述第一天线板电性连接，所述第二电缆的一端与所述第二天线板电性连接；及

第一振子臂和第二振子臂，所述第一振子臂设于所述第一天线板、并与所述第一电缆电性连接，所述第二振子臂设于所述第二天线板、并与所述第二电缆电性连接，在第一投影平面上所述第一振子臂的第一端与所述第二振子臂的第三端相交、使所述第一振子臂和所述第二振子臂之间形成宽度逐渐增大的间隙。

2.根据权利要求1所述的导航天线，其特征在于，所述第一振子臂在远离所述第一端的方向上呈逐渐变宽设置，所述第二振子臂在远离所述第三端的方向上呈逐渐变宽设置、使所述第一振子臂和所述第二振子臂之间在所述第一投影平面上形成宽度逐渐增大的间隙。

3.根据权利要求2所述的导航天线，其特征在于，所述第一振子臂的第二端与所述第一端相对设置，所述第二端设有第一延伸板；所述第二振子臂的第四端与所述第三端相对设置，所述第四端设有第二延伸板。

4.根据权利要求1所述的导航天线，其特征在于，所述第一振子臂设有两个、并分别贴设于所述第一天线板的两侧，所述第二振子臂设有两个、并分别贴设于所述第二天线板的两侧，所述第一天线板和所述第二天线板之间呈叠层设置。

5.根据权利要求4所述的导航天线，其特征在于，所述第一天线板和所述第二天线板之间呈90度夹角叠层设置。

6.根据权利要求4所述的导航天线，其特征在于，所述第二天线板设有非金属化孔，所述非金属化孔用于使所述第一电缆的一端穿过、以使所述第一电缆的一端与所述第一天线板电性连接。

7.根据权利要求1-6任一项所述的导航天线，其特征在于，所述导航天线还包括反射板和支撑组件，所述第一电缆的另一端和所述第二电缆的另一端均与所述反射板电性连接，所述支撑组件包括第一支撑杆和第二支撑杆，所述第一支撑杆的两端分别与所述第一天线板和所述反射板连接，所述第二支撑杆的两端分别与所述第二天线板和所述反射板连接。

8.根据权利要求7所述的导航天线，其特征在于，所述导航天线还包括移相器，所述第一电缆的另一端和所述第二电缆的另一端与所述移相器电性连接。

9.根据权利要求7所述的导航天线，其特征在于，所述导航天线还包括底板和设于所述底板的罩壳，所述反射板固设于所述底板，所述第一天线板、所述第二天线板、所述第一电缆、所述第二电缆、所述第一振子臂和所述第二振子臂均位于所述罩壳内，所述底板还设有与所述反射板电性连接的输出接口。

10.一种卫星通信接收机，其特征在于，包括如权利要求1-9任一项所述的导航天线。

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