CN111478055A - 单频圆极化定位天线和可穿戴设备 - Google Patents

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Abstract

一种单频圆极化定位天线和可穿戴设备，单频圆极化定位天线包括：正交布置的倒F天线以及寄生天线，通过对倒F天线进行馈电，通过耦合效应，在寄生天线上产生谐振，简化了圆极化天线的整体结构，更容易在可穿戴产品上进行实现，从而使得定位天线能够更好地接收导航卫星信号，同时环形辐射体所产生的右旋圆极化辐射也可对经高楼或者地面反射的左旋圆极化导航卫星信号进行过滤，以减少多径干扰，从而有效提高可穿戴设备的定位天线的定位精度。

Description

单频圆极化定位天线和可穿戴设备
技术领域
本申请属于天线技术领域，尤其涉及一种单频圆极化定位天线和可穿戴设备。
背景技术
在智能手表或手环领域，定位精度一直是人们所关注的痛点。传统的智能手表或手环定位天线多为线极化天线，但是导航卫星发出的信号通过电离层后是右旋圆极化信号，因此智能手表或手环的定位天线无法全部接收导航卫星的信号，而导航卫星的信号又被地面、高楼、树木等奇数次反射后，会变成左旋圆极化信号，将会产生的多径干扰严重影响整机的定位效果。
发明内容
本申请的目的在于提供一种单频圆极化定位天线和可穿戴设备，旨在解决现有的可穿戴设备的天线定位精度较低的技术问题。
本申请实施例的第一方面提了一种单频圆极化定位天线，包括：
倒F天线，所述倒F天线具有第一长边、馈电端以及第一接地端，所述馈电端到所述第一长边的末端的距离小于或大于所述第一接地端到所述第一长边的末端的距离，
寄生天线，所述寄生天线与所述第一长边的末端以缝隙耦合，所述寄生天线设置于第一长边的末端的一侧，且所述倒F天线与所述寄生天线呈一角度；
其中，当所述倒F天线和所述寄生天线谐振在工作频点附近时，所述倒F天线和所述寄生天线上的电信号满足振幅相等，相位相差90°。
上述的单频圆极化定位天线通过对倒F天线进行馈电，通过耦合效应，在寄生天线上产生谐振，简化了圆极化天线的整体结构，更容易在可穿戴产品上进行实现；通过控制两个天线位置关系，可以使得电信号在需要的工作频点上实现幅度相等，相位相差90°，使得定位天线的极化方式为右旋圆极化，从而使得定位天线能够更好地接收导航卫星信号，并且所产生的右旋圆极化辐射也可对经高楼或者地面反射的左旋圆极化导航卫星信号进行过滤，以减少多径干扰，从而有效提高可穿戴设备的定位天线的定位精度。
在其中一个实施例中，所述寄生天线为倒F型，所述寄生天线具有第二长边、第二接地端以及第三接地端，所述第二接地端靠近第一长边的末端，所述第二长边的末端远离所述第一长边的末端，且所述第二接地端到所述第二长边的末端的距离大于所述第三接地端到所述第二长边的末端的距离。
在其中一个实施例中，所述寄生天线为倒L型，所述寄生天线具有第二长边以及第二接地端，所述第二接地端靠近第一长边的末端，所述第二长边的末端远离所述第一长边的末端。
在其中一个实施例中，所述寄生天线为T型，所述寄生天线具有第二长边以及第二接地端，所述第二接地端靠近第一长边的末端，所述第二长边的末端远离所述第一长边的末端。
在其中一个实施例中，所述第一长边、所述第二长边的等效长度与所述单频圆极化定位天线的工作波长对应。
在其中一个实施例中，还包括一基板，所述倒F天线和所述寄生天线立设与所述基板上。
在其中一个实施例中，所述倒F天线和/或所述寄生天线上加载有电感器件。
在其中一个实施例中，所述电感器件为集总电感或分布电感。
在其中一个实施例中，所述角度的范围为75°～105°。
在其中一个实施例中，所述第一长边的末端与所述寄生天线之间形成耦合缝隙，调整所述耦合缝隙以调节所述倒F天线和所述寄生天线的耦合度。
本申请实施例的第二方面提了一种可穿戴设备，包括电路板和如上所述的单频圆极化定位天线，所述倒F天线的馈电端连接于所述电路板的第一射频端口，所述倒F天线的第一接地端连接于所述电路板的地端口。
上述可穿戴设备采用了上述单频圆极化定位天线的所有实施例，因而至少具有上述实施例的所有有益效果，在此不再一一赘述。
附图说明
图1A为本发明实施例一提供的单频圆极化定位天线的结构示意图；
图1B为本发明实施例二提供的单频圆极化定位天线的结构示意图；
图2为本发明实施例二提供的单频圆极化定位天线的结构示意图；
图3为本发明实施例三提供的单频圆极化定位天线的结构示意图；
图4为本发明实施例提供的单频圆极化定位天线的S参数示意图；
图5为本发明实施例提供的单频圆极化定位天线的顶部二维轴比仿真图；
图6为本发明实施例提供的单频圆极化定位天线的phi＝0°、45°、90°、135°切面的二维四轴比仿真图；
图7为本发明实施例提供的单频圆极化定位天线的三维方向图；
图8为本发明实施例提供的单频圆极化定位天线的二维方向图。
具体实施方式
为了使本申请所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，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。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。
需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
此外，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该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
请参阅图1A和图1B，本申请实施例提供的可用于可穿戴设备的单频圆极化定位天线包括倒F天线11和寄生天线12。
在一些实施例中，该倒F天线11和寄生天线12立设在介质基板100同一表面(正面)上，比如该倒F天线11和寄生天线12是垂直于介质基板100的，且介质基板100为接地板用于让单频圆极化定位天线接地。
倒F天线11具有第一长边111、馈电端112以及第一接地端113，馈电端112到第一长边111的末端的距离小于或大于第一接地端113到第一长边111的末端111A的距离。在图1A的示例中，馈电端112到第一长边111的末端的距离小于第一接地端113到第一长边111的末端111A的距离，在图1B的示例中，馈电端112到第一长边111的末端111A的距离大于第一接地端113到第一长边111的末端的距离，即本实施例中倒F天线11中与第一长边111侧边相连的两个端部，可以根据电流分布、尺寸大小或性能优异可以将其中一个作为接地端用于接地，另一个作为馈电端112用于馈电，两种实施方式性能相近，应用时可以根据需要选择，在此不作限定。
倒F天线11沿第一方向x布置，寄生天线12与第一长边111的末端111A以缝隙耦合，寄生天线12设置于第一长边111的末端111A的一侧，且倒F天线11与寄生天线12呈一角度a，寄生天线12沿第二方向y延伸，第一方向x和第二方向y的夹角为角度a，并且，当倒F天线11和寄生天线12谐振在工作频点附近时，比如GPS(Global Positioning System，全球定位系统)L1频段1.575GHz，或L5频段1.176GHz处，倒F天线11和寄生天线12上的电信号(电场或电流信号)满足振幅相等，相位相差90°，以形成两个正交模式的谐振，产生圆极化辐射。
且更具体地，在如图1所示，在俯视介质基板100正面角度看，寄生天线12需位于倒F天线11的顺时针方向(即右侧)，以保证当倒F天线11和寄生天线12谐振在工作频点附近时，倒F天线11和寄生天线12的电流幅度相等，倒F天线11的电流相位早于寄生天线12上的电流相位90°，从而可以实现右旋圆极化辐射。
可选地，倒F天线11和寄生天线12之间，即第一方向x和第二方向y之间的角度a的范围为70°～110°，通过将倒F天线11和寄生天线12分别设置在成夹角a的这两个方向x、y的净空区域，可以使得当倒F天线11和寄生天线12谐振在工作频点附近时，形成两个正交模式的谐振，产生良好的圆极化辐射，相对地，夹角a在75°～105°范围内圆极化辐射更优。
在一个实施例中，倒F天线11和寄生天线12在介质基板100上的投影相互垂直，即夹角a为90°。该实施例中，对倒F天线11进行馈电，寄生天线12与倒F天线11通过缝隙耦合，通过耦合效应产生谐振，简化了圆极化天线的整体结构；两个天线属于正相交的位置关系，可以使得分布电流在需要的工作频点上实现幅度相等，相位相差90°，使得定位天线的极化方式为右旋圆极化。
本申请实施例提供了寄生天线12的三种实施方式。
请参阅图1，第一种寄生天线12为倒F型，寄生天线12具有第二长边121、第二接地端122以及第三接地端123，寄生天线12的第二接地端122靠近倒F天线11的第一长边111的末端111A，寄生天线12的第二长边121的末端远离倒F天线11的第一长边111的末端111A，且的寄生天线12第二接地端122到寄生天线12的第二长边121的末端121A的距离大于寄生天线12的第三接地端123到第二长边121的末端121A的距离。
请参阅图2，第二种寄生天线12为倒L型，寄生天线12具有第二长边121以及第二接地端122，第二接地端122靠近倒F天线11的第一长边111的末端，第二长边121的末端121A远离倒F天线11第一长边111的末端111A。
请参阅图3，第三种寄生天线12为T型，寄生天线12具有第二长边121以及第二接地端122，第二接地端122靠近倒F天线11的第一长边111的末端，第二长边121的末端121A远离倒F天线11的第一长边111的末端111A。
在其他实施方式中，寄生天线12开可以是其他形状，比如倒E型等。本申请中，倒F天线11的第一长边111的末端111A与寄生天线12之间形成耦合缝隙，调整耦合缝隙以调节倒F天线11和寄生天线12的耦合度。倒F天线11和寄生天线12为缝隙耦合馈电，寄生天线12感应倒F天线11辐射场而产生电流，并且利用缝隙耦合馈电更容易匹配调谐，而通过调节耦合缝隙的间距，可以调整耦合度，实现天线的匹配调谐。
第一长边111、第二长边121的等效长度与单频圆极化定位天线的工作波长对应。比如第一长边111、第二长边121的等效长度与单频圆极化定位天线的工作波长基本相等，或第一长边111、第二长边121的等效长度与单频圆极化定位天线的工作波长的1/4波长基本相等，保证天线谐振在所需要的频点。
在其中一个实施例中，倒F天线11和/或寄生天线12上加载有电感器件(未图示)，电感器件为集总电感或分布电感。本实施例设置该电感器件主要用于延伸第一天线的等效长度，以缩小定位天线尺寸，使天线有效实现小型化。可选地，电感器件通常可以是集总电感，即电感器，还可以是蛇形弯曲走线。
从图4可见，上述单频圆极化定位天线在1.575GHz处产生谐振，并且阻抗带宽(S11＜-6dB)能够完全覆盖整个GPS-L1频段(1575±2MHz)，说明上述定位天线对导航卫星信号接收良好。
从图5和图6可见，上述定位天线工作在GPS的L1频段(1575±2MHz)时，定位天线的顶部(phi＝0°，theta＝0°)的轴比在1dB以下，上述定位天线工作在GPS-L1频段1.575GHz且切面为phi＝0°、45°、90°、135°时，在θ＝-60°～70°范围内，定位天线的轴比小于10dB，说明上述定位天线的轴比特性较好，达到定位天线的性能要求。
从图7和图8可见，上述定位天线工作在GPS-L1频段1.575GHz时，定位天线的顶部(phi＝0°，theta＝0°)的右旋圆极化增益在为2.66dB，在增益相同的情况下，该圆极化天线接收到的卫星信号要比线极化天线接收到的高出3dB，同时对干扰信号具有抑制功能，所以，上述定位天线的定位效果优于传统线极化天线。
本申请实施例的第二方面提了一种可穿戴设备，包括电路板和如上的单频圆极化定位天线，倒F天线11的馈电端112连接于电路板的第一射频端口，倒F天线11的第一接地端113连接于电路板的地端口。进一步地，寄生天线12的第二接地端122以及第三接地端123也连接于电路板的地端口。
上述可穿戴设备采用了上述单频圆极化定位天线的所有实施例，因而至少具有上述实施例的所有有益效果，在此不再一一赘述。上述可穿戴设备定位天线能够更好地接收导航卫星信号，并且所产生的右旋圆极化辐射也可对经高楼或者地面反射的左旋圆极化导航卫星信号进行过滤，以减少多径干扰，从而有效提高可穿戴设备的定位天线的定位精度。
以上所述实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种单频圆极化定位天线，其特征在于，包括：
倒F天线，所述倒F天线具有第一长边、馈电端以及第一接地端，所述馈电端到所述第一长边的末端的距离小于或大于所述第一接地端到所述第一长边的末端的距离；
寄生天线，所述寄生天线与所述第一长边的末端以缝隙耦合，所述寄生天线设置于第一长边的末端的一侧，且所述倒F天线与所述寄生天线呈一角度；
其中，当所述倒F天线和所述寄生天线谐振在工作频点附近时，所述倒F天线和所述寄生天线上的电信号满足振幅相等，相位相差90°。
2.如权利要求1所述的单频圆极化定位天线，其特征在于，所述寄生天线为倒F型，所述寄生天线具有第二长边、第二接地端以及第三接地端，所述第二接地端靠近第一长边的末端，所述第二长边的末端远离所述第一长边的末端，且所述第二接地端到所述第二长边的末端的距离大于所述第三接地端到所述第二长边的末端的距离。
3.如权利要求1所述的单频圆极化定位天线，其特征在于，所述寄生天线为倒L型，所述寄生天线具有第二长边以及第二接地端，所述第二接地端靠近第一长边的末端，所述第二长边的末端远离所述第一长边的末端。
4.如权利要求1所述的单频圆极化定位天线，其特征在于，所述寄生天线为T型，所述寄生天线具有第二长边以及第二接地端，所述第二接地端靠近第一长边的末端，所述第二长边的末端远离所述第一长边的末端。
5.如权利要求2至4任一项所述的单频圆极化定位天线，其特征在于，所述第一长边、所述第二长边的等效长度与所述单频圆极化定位天线的工作波长对应。
6.如权利要求1至4任一项所述的单频圆极化定位天线，其特征在于，还包括一基板，所述倒F天线和所述寄生天线立设与所述基板上。
7.如权利要求1至4任一项所述的单频圆极化定位天线，其特征在于，所述倒F天线和/或所述寄生天线上加载有电感器件。
8.如权利要求1至4任一项所述的单频圆极化定位天线，其特征在于，所述角度的范围为75°～105°。
9.如权利要求1所述的单频圆极化定位天线，其特征在于，所述第一长边的末端与所述寄生天线之间形成耦合缝隙，调整所述耦合缝隙以调节所述倒F天线和所述寄生天线的耦合度。
10.一种可穿戴设备，其特征在于：包括电路板和如权利要求1至9任一项所述的单频圆极化定位天线，所述倒F天线的馈电端连接于所述电路板的第一射频端口，所述倒F天线的第一接地端连接于所述电路板的地端口。
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