CN111934088B - 平面宽频带天线装置 - Google Patents
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Abstract
本公开实施例提供一种平面宽频带天线装置,所述平面宽频带天线装置包括天线层,天线层包括:天线主辐射体,天线主辐射体包括至少两组正交的平面天线;至少两组天线寄生辐射体,每组天线寄生辐射体设置在对应组平面天线的外侧;至少两组缝隙,每组缝隙设置在对应组的平面天线与天线寄生辐射体之间,以使得天线寄生辐射体与平面天线耦合。本公开实施例的平面宽频带天线装置,正交的平面天线可以获得宽频的高频段宽带GNSS信号,天线寄生辐射体通过缝隙与天线主辐射体耦合,可以与天线主辐射体一起获得低频段GNSS信号,从而可以实现覆盖双波段、宽频带信号接收,可以确保该平面宽频带天线装置覆盖GPS\BDS\GLONASS\Galileo等卫星导航频率以及L‑Band频率。
Description
技术领域
本公开属于射频天线技术领域,具体涉及一种平面宽频带天线装置。
背景技术
随着卫星定位系统的发展,全球卫星定位系统也越来越多,除了美国的GPS,俄罗斯的GLONASS外,中国北斗导航系统、欧洲的Galileo等系统也都逐步实现全球覆盖,使得对全球卫星导航天线的频率带宽要求越来越宽。小型无人机、便携式测量设备和小型自动驾驶测量等应用场景对天线的小型化和精度要求越来越严苛,为了适应新的应用市场需求,需要发明一种新的小型低剖面宽频带卫星定位天线来完成多模多频卫星导航信号的接收。
发明内容
本公开旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一,提供一种平面宽频带天线装置。
本公开提供一种平面宽频带天线装置,所述平面宽频带天线装置包括天线层,所述天线层包括:
天线主辐射体,所述天线主辐射体包括至少两组正交的平面天线;
至少两组天线寄生辐射体,每组所述天线寄生辐射体设置在对应组所述平面天线的外侧;
至少两组缝隙,每组所述缝隙设置在对应组的所述平面天线与所述天线寄生辐射体之间,以使得所述天线寄生辐射体与所述平面天线耦合。
在一些可选地实施方式中,所述平面宽频带天线装置还包括反射层和介质层;其中,
所述介质层设置在所述天线层沿其厚度方向的一侧,所述反射层设置在所述介质层背离所述天线层的一侧。
在一些可选地实施方式中,所述介质层的材料采用介电常数范围为2~30之间的低损耗介质材料。
在一些可选地实施方式中,所述平面宽频带天线装置还包括阻抗匹配件以及至少四个馈电探针,所述反射层背离所述天线层的一侧设置有馈电网络;其中,
所述馈电探针的第一端与对应的所述平面天线的馈电端相连,所述馈电探针的第二端穿过所述介质层、所述反射层与所述馈电网络相连;
所述阻抗匹配件穿设在所述介质层和所述反射层中,以使得二者相连,且所述阻抗匹配件还用于匹配所述馈电网络的馈电阻抗。
在一些可选地实施方式中,所述平面天线包括至少两个相对设置的平面子天线,每个所述平面子天线均包括位于内侧的馈电部以及与所述馈电部相连并位于外侧的辐射部;其中,
所述馈电部形成所述馈电端,所述天线寄生辐射体设置在对应的所述辐射部的外侧。
在一些可选地实施方式中,所述平面子天线的横截面形状呈双锥形,所述天线寄生辐射体的横截面形状呈弧形。
在一些可选地实施方式中,所述平面子天线的横截面形状呈等腰直角三角形,所述天线寄生辐射体的横截面形状呈等腰梯形。
在一些可选地实施方式中,所述缝隙的宽度范围为0.2mm~2mm。
在一些可选地实施方式中,所述平面宽频带天线装置包括第一印制电路板和第二印制电路板;其中,
所述第一印制电路板上设置有所述天线层,所述第二印制电路板上设置有所述反射层。
在一些可选地实施方式中,所述平面宽频带天线装置的横截面呈圆形、方形或多边形中的一者。
本公开的平面宽频带天线装置,正交的至少两组平面天线可以获得宽频的高频段宽带GNSS信号,通过在平面天线外周衍生天线寄生辐射体,并在天线寄生辐射体与平面天线之间设置缝隙,从而可以使得天线寄生辐射体通过缝隙与天线主辐射体耦合,进而可以与天线主辐射体一起获得低频段GNSS信号,此外,缝隙耦合的天线寄生辐射体与天线主辐射体紧密结合,使天线更加紧凑。因此,本公开实施例的平面宽频带天线装置,不仅结构紧凑,还可以实现覆盖双波段、宽频带信号接收,可以确保该平面宽频带天线装置覆盖GPS\BDS\GLONASS\Galileo等卫星导航频率以及L-Band频率。
附图说明
图1为本公开一实施例的平面宽频带天线装置的结构示意图;
图2为图1中所示的平面宽频带天线装置的主视图
图3图2中所示的平面宽频带天线装置的俯视图;
图4为本公开另一实施例的平面宽频带天线装置的结构示意图;
图5为本公开另一实施例的平面宽频带天线装置在GPS L1_Band的增益方向图;
图6为本公开另一实施例的平面宽频带天线装置在GPS L2_Band的增益方向图;
图7为本公开另一实施例的平面宽频带天线装置的主要卫星导航频率方向图;
图8为本公开另一实施例的平面宽频带天线装置的轴向极化轴比示意图。
具体实施方式
为使本领域技术人员更好地理解本公开的技术方案,下面结合附图和具体实施方式对本公开作进一步详细描述。
如图1所示,本公开实施例涉及一种平面宽频带天线装置100,平面宽频带天线装置100包括天线层110,该天线层110包括天线主辐射体111、两组天线寄生辐射体112以及两组缝隙113。天线主辐射体111包括两组正交的平面天线111a。每组天线寄生辐射体112设置在对应组平面天线111a的外侧,也就是说,如图1所示,在平面天线111a的外周衍生有天线寄生辐射体112。每组缝隙113设置在对应组的平面天线111a与天线寄生辐射体112之间,以使得天线寄生辐射体112与平面天线111a耦合,也就是说,如图1所示,在平面天线111a与衍生的天线寄生辐射体112之间设置有缝隙113,这样,天线寄生辐射体112可以通过缝隙113与天线主辐射体111的平面天线111a耦合,从而可以与天线主辐射体111一起获得低频段GNSS信号。
本公开实施例的平面宽频带天线装置,正交的至少两组平面天线可以获得宽频的高频段宽带GNSS信号,通过在平面天线外周衍生天线寄生辐射体,并在天线寄生辐射体与平面天线之间设置缝隙,从而可以使得天线寄生辐射体通过缝隙与天线主辐射体耦合,进而可以与天线主辐射体一起获得低频段GNSS信号,此外,缝隙耦合的天线寄生辐射体与天线主辐射体紧密结合,使天线更加紧凑。因此,本公开实施例的平面宽频带天线装置,不仅结构紧凑,还可以实现覆盖双波段、宽频带信号接收,可以确保该平面宽频带天线装置覆盖GPS\BDS\GLONASS\Galileo等卫星导航频率以及L-Band频率。
需要说明的是,天线主辐射体111所包括的平面天线111a的组数并不局限于如图1所示的两组,同样的,天线寄生辐射体112以及缝隙113的组数也并不局限于如图1所示的两组,本领域技术人员还可以根据实际需要,设计更多组数的组成结构,例如,天线主辐射体111可以包括三组或三组以上正交的平面天线111a,同样的,天线寄生辐射体112的组数也可以包括三组或三组以上,缝隙113的组数也可以包括三组或三组以上等等,本实施例对此并不限制。
进一步需要说明的是,对于缝隙113的宽度并没有作出限定,示例性的,缝隙113的宽度优选范围可以为0.2mm~2mm。当然,除此以外,本领域技术人员还可以根据实际需要,设计其他宽度范围的缝隙113,本实施例对此并不限制。
示例性的,如图1和图2所示,平面宽频带天线装置100还包括反射层120和介质层130。介质层130设置在天线层110沿其厚度方向的一侧,反射层120设置在介质层130背离天线层110的一侧。具体地,如图2所示,介质层130设置在天线层110的下方,反射层120设置在介质层130的下方。
在本公开实施例中,天线主辐射体111和天线寄生辐射体112所采用的是行波天线,如果不使用介质材料(该介质材料构成了介质层130),则天线主辐射体111和天线寄生辐射体112的高度大约为0.25λ,直径将超过0.5λ,也就是说,这会导致整个天线的尺寸会比较大。因此,为了缩小天线尺寸,在天线层110和反射层120之间加入由介质材料组成的介质层130,从而可以将整个天线的尺寸缩短,可以使得天线主辐射体111和天线寄生辐射体112的高度很小,一般会小于0.1λ,甚至可以小于0.05λ,同时,天线主辐射体111和天线寄生辐射体112的直径可小于0.5λ。其中,λ表示在高频段工作频率处的自由空间波长。
需要说明的是,对于介质层130的介质材料并没有作出限定,优选地,该介质层130的介质材料可以选用介电常数为2~30之间的低损耗介质材料。当然,除此以外,本领域技术人员还可以根据实际需要,选择其他介电常数范围之间的介质材料,本公开实施对此并不限制。
示例性的,如图1、图2和图3所示,平面宽频带天线装置100还包括阻抗匹配件140以及四个馈电探针150,反射层120背离天线层110的一侧设置有馈电网络。馈电探针150的第一端与对应的平面天线111a的馈电端K相连,馈电探针150的第二端穿过介质层130、反射层120至与馈电网络相连,如此设置,天线馈电在天线主辐射体111的馈电端通过四个馈电探针150穿过介质层130和反射层120送入反射层120下方的馈电网络。阻抗匹配件140穿设在介质层130和反射层120中,以使得介质层130与反射层120相连,且阻抗匹配件140还用于匹配馈电网络的馈电阻抗。
需要说明的是,对于本公开实施例中的馈电网络结构并没有作出限定,例如,该馈电网络可以采用两个90度移相电桥和一个巴伦组成一个右旋圆极化信号等等,本公开实施例对此并不限制。
应当理解的是,本公开实施例的馈电探针150的数量并不局限于如图1和图3所示的四个,本领域技术人员还可以根据实际平面天线111a的数量以及平面天线111a实际所产生的馈电端K数量进行设置,只需要确保每个馈电端K都可以通过馈电探针150传递至馈电网络即可,本公开实施例对此并不限制。
示例性的,如图3所示,每组所述平面天线111a包括两个相对设置的平面子天线,每个所述平面子天线均包括位于内侧的馈电部111a1以及与所述馈电部111a1相连并位于外侧的辐射部111a2。所述馈电部111a1形成所述馈电端K,所述天线寄生辐射体112设置在对应的所述辐射部111a2的外侧。
需要说明的是,每组平面天线111a所包括的平面子天线的数量并不局限于两个,本领域技术人员还可以根据实际需要,设计更多数量的平面子天线,本公开实施例对此并不限制。
示例性的,如图3所示,平面子天线的横截面形状可以呈锥形,也就是说,平面天线111a可以采用平面双锥天线。天线寄生辐射体112的横截面形状可以呈弧形,缝隙113也呈弧形,从而可以确保天线寄生辐射体112通过缝隙113更好地与平面双锥天线结合,使得天线更加紧凑。
此外,如图4所示,平面子天线的横截面形状还可以呈等腰直角三角形,此时,天线寄生辐射体112可以呈等腰梯形,同样可以确保天线寄生辐射体112更好地与平面子天线结合,使得天线更加紧凑。
需要说明的是,对于平面子天线的形状并不局限于呈锥形或等腰直角三角形,本领域技术人员还可以根据实际需要,设计平面子天线的其他一些形状,比如,其他多边形或一些不规则图形等等,本公开实施例对此并不限制。
此外,平面天线的形状大致可以与整个平面宽频带天线装置的形状匹配,如图3所示,在平面子天线呈锥形时,整个平面天线组成圆形,此时平面宽频带天线装置呈圆形,如图4所示,平面子天线呈等腰直角三角形时,整个平面天线组成方形,此时平面宽频带天线装置呈方形结构。
示例性的,平面宽频带天线装置100还包括第一印制电路板(图中并未示出)和第二印制电路板(图中并未示出)。第一印制电路板上设置有天线层110,第二印制电路板上设置有反射层120。在反射层120的下面还可以安装另一个印制电路板,可以在该印制电路板上布局馈电网络、滤波器、低噪声放大器、双工合路器等电路。
本公开实施例中,天线层可以由一张高介电常数微波板材通过PCB工艺制成,使天线大量制造工艺简单、成本低廉。
下文将结合附图对采用本公开实施例的平面宽频带天线装置的性能进行说明。
如图5和图6所示,平面宽频带天线装置在GPS L1/L2的增益方向图。最大增益超过4dBi,天线在20度低仰角增益超过-2dBi。
如图7所示,主要卫星导航频率方向图双频GPS\BDS\GLONASS\Galileo卫星导航频率和L-Band的最大增益超过3dBi,天线在20度低仰角增益为-1.2dBi。
如图8所示,天线轴向极化轴比0.07dB,20度低仰角轴比小于2dB。
可以理解的是,以上实施方式仅仅是为了说明本公开的原理而采用的示例性实施方式,然而本公开并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言,在不脱离本公开的精神和实质的情况下,可以做出各种变型和改进,这些变型和改进也视为本公开的保护范围。
Claims (8)
1.一种平面宽频带天线装置,其特征在于,所述平面宽频带天线装置包括天线层,所述天线层包括:
天线主辐射体,所述天线主辐射体包括至少两组正交的平面天线,以获得宽频的高频段宽带GNSS信号;
至少两组天线寄生辐射体,每组所述天线寄生辐射体设置在对应组所述平面天线的外侧;
至少两组缝隙,每组所述缝隙设置在对应组的所述平面天线与所述天线寄生辐射体之间,以使得所述天线寄生辐射体与所述平面天线耦合,以获得低频段宽带GNSS信号;
所述平面宽频带天线装置还包括反射层和介质层;其中,
所述介质层设置在所述天线层沿其厚度方向的一侧,所述反射层设置在所述介质层背离所述天线层的一侧;
所述平面宽频带天线装置还包括至少四个馈电探针,所述反射层背离所述天线层的一侧设置有馈电网络;其中,
所述馈电探针的第一端与对应的所述平面天线的馈电端相连,所述馈电探针的第二端穿过所述介质层、所述反射层与所述馈电网络相连;
所述平面天线包括至少两个相对设置的平面子天线,每个所述平面子天线均包括位于内侧的馈电部以及与所述馈电部相连并位于外侧的辐射部;其中,
所述馈电部形成所述馈电端,所述天线寄生辐射体设置在对应的所述辐射部的外侧。
2.根据权利要求1所述的平面宽频带天线装置,其特征在于,所述介质层的材料采用介电常数范围为2~30之间的低损耗介质材料。
3.根据权利要求1所述的平面宽频带天线装置,其特征在于,所述平面宽频带天线装置还包括阻抗匹配件;
所述阻抗匹配件穿设在所述介质层和所述反射层中,以使得二者相连,且所述阻抗匹配件还用于匹配所述馈电网络的馈电阻抗。
4.根据权利要求1所述的平面宽频带天线装置,其特征在于,所述平面子天线的横截面形状呈锥形,所述天线寄生辐射体的横截面形状呈弧形。
5.根据权利要求1所述的平面宽频带天线装置,其特征在于,所述平面子天线的横截面形状呈等腰直角三角形,所述天线寄生辐射体的横截面形状呈等腰梯形。
6.根据权利要求1至5任一项所述的平面宽频带天线装置,其特征在于,所述缝隙的宽度范围为0.2mm~2mm。
7.根据权利要求1至5任一项所述的平面宽频带天线装置,其特征在于,所述平面宽频带天线装置包括第一印制电路板和第二印制电路板;其中,
所述第一印制电路板上设置有所述天线层,所述第二印制电路板上设置有所述反射层。
8.根据权利要求1至5任一项所述的平面宽频带天线装置,其特征在于,所述平面宽频带天线装置的横截面呈圆形、方形或多边形中的一者。
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