CN111864382A

CN111864382A - 一种多功能gnss天线

Info

Publication number: CN111864382A
Application number: CN202010745719.3A
Authority: CN
Inventors: 张闯; 张捷; 王晓辉
Original assignee: Harxon Corp
Current assignee: Harxon Corp
Priority date: 2020-07-29
Filing date: 2020-07-29
Publication date: 2020-10-30
Also published as: US11962082B2; EP4016734A1; WO2022021968A1; US20220302584A1; EP4016734A4; CA3151873A1

Abstract

本发明公开了一种多功能GNSS天线，属于通信技术领域。本发明的多功能GNSS天线包括依次设置的PCB板、第一介质板与第一辐射部件，所述PCB板与所述第一辐射部件通过第一馈电部件相连，所述第一介质板上还设置有第二辐射部件与多个金属化过孔，所述第二辐射部件与所述PCB板通过第二馈电部件连接，多个所述金属化过孔围绕所述第一辐射部件设置，所述第二辐射部件设于多个所述金属化过孔的外侧。本发明的多功能GNSS天线有效降低了第二辐射部件对于第一辐射部件的信号干扰和耦合，有利于实现天线的小型化。

Description

一种多功能GNSS天线

技术领域

本发明涉及通信技术领域，具体涉及一种多功能GNSS天线。

背景技术

随着物联网通信技术和GNSS卫星导航定位系统的发展，GNSS导航和高精度定位设备正在朝着小型化和多功能化方向发展。在实现导航定位功能的同时，还要能够具有移动蜂窝通信、WIFI、蓝牙、专网通信等功能。传统设计是采用将各个天线分离设计的思路，增加了天线的数量，提高了设备成本，也不利于小型化设计。

目前一般是将单独设计的天线集成在一起，比如直接将4G天线和WIFI天线放置在GNSS天线的周围，虽然一定程度上减小了天线的尺寸，但是这种方式没有考虑到天线之间的干扰和耦合，特别容易使GNSS信号受到干扰，降低定位精度，甚至发生卫星失锁的现象。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本发明实施例提供一种多功能GNSS天线，可以有效减少天线之间的干扰和耦合，有利于实现天线的小型化。

为了实现上述目的，本发明实施例一种多功能GNSS天线，包括依次设置的PCB板、第一介质板与第一辐射部件，所述PCB板与所述第一辐射部件通过第一馈电部件相连，所述第一介质板上还设置有第二辐射部件与多个金属化过孔，所述第二辐射部件与所述PCB板通过第二馈电部件连接，多个所述金属化过孔围绕所述第一辐射部件设置，所述第二辐射部件设于多个所述金属化过孔的外侧。

可选地，所述第一介质板上设有凸台，所述凸台围绕所述第一辐射部件设置，所述凸台上设有所述金属化过孔。

可选地，还包括第二介质板与第三辐射部件，所述第二介质板设于所述第一辐射部件上，所述第三辐射部件设于所述第二介质板上，所述第三辐射部件与所述PCB板通过第三馈电部件相连。

可选地，沿所述第一辐射部件的周向方向上，所述凸台包括多段，相邻两段所述凸台之间设有定位槽，所述第二介质板上设有定位块，所述定位块嵌设于所述定位槽内。

可选地，所述定位槽内设有所述金属化过孔，所述定位块与所述定位槽通过螺柱紧固，所述螺柱与位于所述定位槽上的所述金属化过孔相配合。

可选地，所述PCB板上设有第一电路网络与第二电路网络；

所述第一电路网络包括依次相连的馈电网络、第一滤波电路与低噪声放大电路，所述馈电网络分别与所述第一馈电部件与所述第三馈电部件相连；

所述第二电路网络包括第二滤波电路，所述第二滤波电路与所述第二馈电部件相连。

可选地，所述第一电路网络与所述第二电路网络设于所述PCB板背离所述第一介质板的一面，所述PCB板背离所述第一介质板的一面上设有屏蔽罩，所述第一电路网络与所述第二电路网络被罩设于所述屏蔽罩内。

可选地，所述第二辐射部件上设有接地短路柱，所述接地短路柱一端与所述第二辐射部件相连，所述接地短路柱另一端接地。

可选地，所述第二辐射部件包括多个金属层，多个所述金属层相互连接，多个所述金属层包括至少一个设于所述第一介质板的表面的所述金属层与至少一个设于所述第一介质板的侧面上的所述金属层。

可选地，包括多个所述第二辐射部件，多个所述第二辐射部件沿所述第一介质板的周边周向设置。

本发明的有益效果：

本发明公开了一种多功能GNSS天线，包括依次设置的PCB板、第一介质板与第一辐射部件，所述PCB板与所述第一辐射部件通过第一馈电部件相连，所述第一介质板上还设置有第二辐射部件与多个金属化过孔，所述第二辐射部件与所述PCB板通过第二馈电部件连接，多个所述金属化过孔围绕所述第一辐射部件设置，所述第二辐射部件设于多个所述金属化过孔的外侧。本发明的多功能GNSS天线，在第一辐射部件的周边设有多个金属化过孔，金属化过孔增加了容性耦合，多个金属化过孔形成对位于其内的第一辐射部件的保护，有效降低了第三辐射部件对于第一辐射部件的信号干扰和耦合，有利于实现天线的小型化。

附图说明

本发明上述和/或附加方面的优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本发明实施例的多功能GNSS天线去除第二介质板后的结构示意图；

图2是图1的主视图；

图3是本发明实施例的多功能GNSS天线的结构示意图；

图4是图3的主视图；

图5是本发明实施例的多功能GNSS天线的截面结构示意图；

图6是本发明实施例中第二介质板的结构示意图。

其中图1至图6中附图标记与部件名称之间的对应关系为：

1、PCB板；2、第一介质板；3、第一辐射部件；4、第二辐射部件；5、金属化过孔；6、第二介质板；7、第三辐射部件；8、屏蔽罩；20、凸台；21、凹腔；22、定位槽；30、第一馈电部件；40、第二馈电部件；41、接地短路柱；60、定位块；61、螺柱；70、第三馈电部件；300、第一调谐枝节；400、第一金属层；401、第二金属层；402、第三金属层；403、第四金属层；700、第二调谐枝节。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

参照图1至图6，本发明实施例提供了一种多功能GNSS天线，主要包括依次设置的PCB板1、第一介质板2与第一辐射部件3，PCB板1与第一辐射部件3通过第一馈电部件30相连，第一介质板2上设置有第二辐射部件4与多个金属化过孔5，第二辐射部件4与PCB板1相连，多个金属化过孔5围绕第一辐射部件3设置，所述第二辐射部件4设置于多个金属化过孔5的外侧。

在工作时，如图2，第二辐射部件4产生的电流会耦合到第一辐射部件3上，从而对第一辐射部件3的信号产生耦合和干扰，影响第一辐射部件3的性能，本实施例中，通过多个金属化过孔5对第二辐射部件4上的电流进行干预，使得第二辐射部件4上产生的电流耦合到金属化过孔5上，部分电流辐射出去，从而耦合到第一辐射部件3上的能量减少，改善了天线的隔离度和干扰；此外，第一辐射部件3产生的电流耦合到金属化过孔5之后，第一辐射部件3的辐射口径变大，起到了降低第一辐射部件3的频率的效果，因此，在达到相同的谐振频率的情况下，第一辐射部件3的尺寸更小，有利于实现天线的小型化。

在可选地实施例中，PCB板1、第一介质板2、第一辐射部件3与第一馈电部件30组成第一天线单元，第一天线单元可以选择为实现导航定位功能，PCB板1、第一介质板2、第二辐射部件4以及第二馈电部件40组成第二天线单元，第二天线单元可以选择为实现通信功能，比如4G通信、蓝牙通信等，因此，基于本发明实施例的技术方案，可以实现导航定位天线与通信天线的集成，使得一个整体的天线实现导航定位、通信等多种功能，同时，还可以达到减小通信天线对导航定位天线的干扰和耦合，以及实现天线小型化的效果。

本发明实施例中，金属化过孔5可选为沿第一辐射部件3的周边均匀布置，多个金属化过孔5可以选择为围绕第一辐射部件3的周边一周，以形成一个环状结构，相当于对位于该环状结构内的第一辐射部件3形成保护环，以避免该保护环外的天线设备对第一辐射部件3的信号干扰和耦合。

进一步示例性说明，第一介质板2上设置有凸台20，凸台20围绕第一辐射部件3设置，凸台20上设有上述的金属化过孔5。本实施例中，凸台20进一步提高金属化过孔5对第一辐射部件3以及第二辐射部件4的耦合作用，提高第一天线单元与第二天线单元的隔离度。

如图3至图6，多功能GNSS天线还包括第二介质板6与第三辐射部件7，第二介质板6设置于第一辐射部件3上，第三辐射部件7设于第二介质板6上，第三辐射部件7与PCB板1之间通过第三馈电部件70连接。本实施例中，第二介质板6、第三辐射部件7以及第三馈电部件70可以选择为第一天线单元的部分，其中，第一辐射部件3与第三辐射部件7分别产生不同频段的谐振频率，在一具体地实施例中，第一辐射部件3用于产生对应于GNSS L2频段的谐振频率，第三辐射部件7用于产生对应于GNSS L1频段的谐振频率，第一天线单元覆盖GNSSL1和L2频段范围，从而实现GNSS导航定位的功能。

凸台20向第一介质板2的上方延伸，在凸台20的内圈内形成一凹腔21，本实施例中，凹腔21用于第二介质板6的安装。可选地，凸台20包括多段，相邻两段凸台20之间设置有定位槽22，第二介质板6上设有与定位槽22相对应的定位块60，第二介质板6安装时，定位块60嵌设于定位槽22内。本实施例中，通过定位槽22与定位块60的配合结构，可以快速对第二介质板6进行定位，方便第二介质板6的安装。

在可选地实施例中，第二介质板6通过螺柱61紧固在第一介质板2上，以避免第二介质板6的松动。在一具体地实施例中，可以选择为定位块60与定位槽22通过螺柱61紧固，其中可以选择定位槽22内设置有上述的金属化过孔5，螺柱61与该金属化过孔5相配合，此时，该金属化过孔5兼顾了第一介质板2与第二介质板6紧固连接的作用，螺柱61选择为绝缘的塑料螺柱或是导电的金属螺柱均可。

本发明实施例中，PCB板1上设置有第一电路网络与第二电路网络。其中，第一电路网络包括依次相连的馈电网络、第一滤波电路与低噪声放大电路，馈电网络分别与第一馈电部件30以及第三馈电部件70相连。本实施例中，GNSS天线接收信号后，信号首先经过馈电网络，之后经由第一滤波电路，滤除信号中的通信信号，比如4G通信信号、蓝牙通信信号等，最后，滤波之后的信号经由低噪声放大电路进行放大。由于第一滤波电路的作用，滤除了通信信号，因此，可以避免通信天线的信号干扰，确保导航定位的精度。第二电路网络包括第二滤波电路，第二滤波电路与第二馈电部件40相连，信号经过第二滤波电路之后，滤除了信号中的导航定位信号以及不相关的通信信号，比如，第二辐射部件4用于实现4G通信，此时，第二滤波电路还用于滤掉除4G通信外的其他通信信号，以避免其他信号的干扰。

第一电路网络与第二电路网络可以选择为设置于PCB板1背离第一介质板2的一面上。为此，在可选地实施例中，PCB板1背离第一介质板2的一面上设置有屏蔽罩8，屏蔽罩8将第一电路网络与第二电路网络罩设于其中，以防止外部信号的干扰。

第一馈电部件30、第二馈电部件40与第三馈电部件70可以选择为同轴探针，以第一馈电部件30为例，同轴探针依次穿过第一介质板2与第一辐射部件3，其一端与第一辐射部件3相连，另一端与PCB板1相连。在可选地实施例中，第一馈电部件30与第三馈电部件70可以选择为多个同轴探针，其中优选为4个，第二馈电部件40可以选择为1个同轴探针。

本发明实施例中，第二辐射部件4上还设置有接地短路柱41。具体地，接地短路柱41贯穿第二辐射部件4、第一介质板2以及PCB板1，接地短路柱41的一端与第二辐射部件4相连，另一端接地，比如，接地短路柱41接地一端可以选择为连接接地板。

需要注意的是，本发明实施例中，接地短路柱41所接的地与第一介质板2的底面为同一地，也可以理解，接地短路柱41所接的地与第二介质板6的底面为不同的地，因此，在设置了第二介质板6以及第三辐射部件7后，第二辐射部件4所产生的信号对第三辐射部件7所产生的信号影响不大。

在可选地实施例中，第二辐射部件4包括多个金属层，多个金属层相互连接，多个金属层包括至少一个设于第一介质板2的表面的金属层与至少一个设于第一介质板2的侧面上的金属层。本实施例中，第二辐射部件4为倒F型天线型式，多个金属层具有不同的尺寸，因此多个金属层分别具有不同的谐振频率，以匹配不同频段的信号。在一具体地实施例中，第二辐射部件4包括第一金属层400、第二金属层401、第三金属层402与第四金属层403，其中，第一金属层400设于第一介质板2的上表面的边缘处，第二金属层401、第三金属层402与第四金属层403设于第一介质板2的侧面，第二金属层401与第三金属层402分别与第一金属层400连接，第三金属层402还与第四金属层403相连，本实施例中，第二辐射部件4实现了水平面全向辐射。

在可选地实施例中，包括多个第二辐射部件4，多个第二辐射部件4沿第一介质板2的周向方向依次设置。其中，多个第二辐射部件4可以选择为实现不同的功能，比如，可以选择多个第二辐射部件4中包括用于实现4G通信功能的第二辐射部件4、用于实现蓝牙通信功能的第二辐射部件4。在一具体地实施例中，第二辐射部件4包括三个，其中，一个第二辐射部件4用于实现蓝牙通信，另外两个第二辐射部件4用于实现4G通信，本实施例中，用于实现蓝牙通信的第二辐射部件4，与PCB板1、第一介质板2以及对应的第二馈电部件5形成蓝牙天线，用于实现4G通信的第二辐射部件4、与PCB板1、第一介质板2以及对应的第二馈电部件形成4G通信天线，其中4G通信天线采用2个辐射部件，以用于高速数据的传输，在一般的情况下，4G通信天线采用1个辐射部件亦可。

本发明实施例中，第一辐射部件3可以选择为贴制于第一介质板2的上表面上的金属层，第三辐射部件7可以选择为贴制于第二介质板6的上表面的金属层。

第一辐射部件3的边缘设置有向外延伸的第一调谐枝节300，第一调谐枝节300用于对第一辐射部件3的谐振频率进行微调；第三辐射部件7的边缘设置有向外延伸的第二调谐枝节700，第二调谐枝节700用于对第三辐射部件4的谐振频率进行微调。

综上，本发明实施例的多功能GNSS天线同时兼具GNSS导航定位、4G通信、蓝牙通信的功能，其将多个天线功能集成在一个天线上，相比于分离设计的多个天线，显著地节省了安装空间。在多个天线集成在一起的基础上，本发明实施例中，各天线之间具有良好的隔离度和抗相互干扰的能力，因此，可以确保多功能GNSS天线的性能，尤其是第一天线单元作为导航定位天线时，可以降低通信天线对它的干扰和耦合，确保定位精度，避免发生卫星失锁的现象；金属化过孔还与第一辐射部件产生耦合，从而增大了第一辐射部件的辐射口径，使得第一辐射部件的谐振频率降低，相应地，为了达到预设的谐振频率，第一辐射部件所需的尺寸相应地减小，减小了第一辐射部件的尺寸，进而整个天线的尺寸得到相应地减小，有利于天线的小型化设计。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”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发明和简化描述，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发明的限制。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。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“连通”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连通，也可以通过中间媒介间接连通，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种多功能GNSS天线，其特征在于，包括依次设置的PCB板、第一介质板与第一辐射部件，所述PCB板与所述第一辐射部件通过第一馈电部件相连，所述第一介质板上还设置有第二辐射部件与多个金属化过孔，所述第二辐射部件与所述PCB板通过第二馈电部件连接，多个所述金属化过孔围绕所述第一辐射部件设置，所述第二辐射部件设于多个所述金属化过孔的外侧。

2.根据权利要求1所述的多功能GNSS天线，其特征在于，所述第一介质板上设有凸台，所述凸台围绕所述第一辐射部件设置，所述凸台上设有所述金属化过孔。

3.根据权利要求2所述的多功能GNSS天线，其特征在于，还包括第二介质板与第三辐射部件，所述第二介质板设于所述第一辐射部件上，所述第三辐射部件设于所述第二介质板上，所述第三辐射部件与所述PCB板通过第三馈电部件相连。

4.根据权利要求3所述的多功能GNSS天线，其特征在于，沿所述第一辐射部件的周向方向上，所述凸台包括多段，相邻两段所述凸台之间设有定位槽，所述第二介质板上设有定位块，所述定位块嵌设于所述定位槽内。

5.根据权利要求4所述的多功能GNSS天线，其特征在于，所述定位槽内设有所述金属化过孔，所述定位块与所述定位槽通过螺柱紧固，所述螺柱与位于所述定位槽上的所述金属化过孔相配合。

6.根据权利要求3所述的多功能GNSS天线，其特征在于，所述PCB板上设有第一电路网络与第二电路网络；

7.根据权利要求6所述的多功能GNSS天线，其特征在于，所述第一电路网络与所述第二电路网络设于所述PCB板背离所述第一介质板的一面，所述PCB板背离所述第一介质板的一面上设有屏蔽罩，所述第一电路网络与所述第二电路网络被罩设于所述屏蔽罩内。

8.根据权利要求1所述的多功能GNSS天线，其特征在于，所述第二辐射部件上设有接地短路柱，所述接地短路柱一端与所述第二辐射部件相连，所述接地短路柱另一端接地。

9.根据权利要求8所述的多功能GNSS天线，其特征在于，所述第二辐射部件包括多个金属层，多个所述金属层相互连接，多个所述金属层包括至少一个设于所述第一介质板的表面的所述金属层与至少一个设于所述第一介质板的侧面上的所述金属层。

10.根据权利要求9所述的多功能GNSS天线，其特征在于，包括多个所述第二辐射部件，多个所述第二辐射部件沿所述第一介质板的周边周向设置。