CN112768917B - 一种定位通信天线 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种定位通信天线，包括：自上而下层叠设置的第一天线介质辐射体、公共天线介质辐射体、第二天线介质辐射体和电路板；所述第一天线介质辐射体用于作为第一频段的定位天线介质辐射体；所述公共天线介质辐射体用于作为第二频段的定位天线介质辐射体，以及用于作为发射信号的通信天线介质辐射体；所述第一频段小于第二频段；所述第二天线介质辐射体用于作为接收信号的通信天线介质辐射体；所述电路板用于处理所述天线的信号。

Description

一种定位通信天线
技术领域
本发明涉及卫星导航定位技术领域，尤其涉及一种定位通信天线。
背景技术
卫星导航产业正进入蓬勃发展的阶段，已完善或预计完善的全球卫星导航系统有多种，如全球定位系统(GPS，Global Positioning System)、全球卫星导航系统(GLONASS，Global Navigation Satellite System)和卫星无线电定位系统(RDSS，radiodetermination satel-lite system)等。
每种卫星导航系统的卫星导航天线都需要根据卫星导航系统的要求进行特定的结构、尺寸和性能设计。目前一些卫星天线，如RDSS通信天线主要用于卫星通信，虽然可以进行定位，但仅可进行低精度定位，这是一个亟待解决的问题。
发明内容
本发明提供一种定位通信天线，解决了现有技术中不能同时实现卫星通信和高精度定位的问题。
本发明提供一种定位通信天线，包括：自上而下层叠设置的第一天线介质辐射体、公共天线介质辐射体、第二天线介质辐射体和电路板；
所述第一天线介质辐射体用于作为第一频段的定位天线介质辐射体；
所述公共天线介质辐射体用于作为第二频段的定位天线介质辐射体，以及用于作为发射信号的通信天线介质辐射体；所述第一频段小于第二频段；
所述第二天线介质辐射体用于作为接收信号的通信天线介质辐射体；
所述电路板用于处理所述天线的信号。
上述通信天线中，所述公共天线介质辐射体用于作为第二频段的定位天线介质辐射体，以及用于作为发射信号的天线介质辐射体，所以通过复用所述公共天线介质辐射体，结合所述第一天线介质辐射体，覆盖了较低频段的第一频段的信号和较高频段的第二频段的信号，从而更加准确，而且同时兼具发射信号和接收信号的功能，所以该天线还可以用于卫星通信，该天线既能用于卫星通信，也能进行高精度定位。
可选的，所述天线还包括多个金属针；所述多个金属针用于作为所述天线的馈点；所述多个金属针包括第一组金属针、第二组金属针和第三组金属针；所述第一组金属针分布在所述第一天线辐射体；所述第二组金属针分布在所述第二天线辐射体；所述第三组金属针分布在所述公共天线辐射体。
可选的，所述第一组金属针包括4个金属针；所述第二组金属针包括1个金属针；所述第三组金属针包括4个金属针。
可选的，所述第一天线介质辐射体、所述公共天线介质辐射体和所述第二天线介质辐射体的形状均为对称形状。
可选的，所述电路板上设置有第一天线馈电网络和第二天线馈电网络；
所述第一天线介质辐射体作为第一频段的定位天线介质辐射体时，所述第一天线馈电网络用于处理来自所述第一天线介质辐射体的第一频段的定位信号；
所述公共天线介质辐射体作为第二频段的定位天线介质辐射体时，所述第二天线馈电网络用于处理来自所述公共天线介质辐射体的第二频段的定位信号；所述公共天线介质辐射体作为发射信号的通信天线介质辐射体时，所述第二天线馈电网络用于处理发射信号，并将处理后的发射信号转发至所述公共天线介质辐射体。
可选的，第一天线馈电网络包括第一移相器、第二移相器和第三移相器；所述第三移相器与第一延时移相器连接，从而使得所述第一延时移相器的输出信号作为所述第三移相器的输入信号；
所述第一移相器用于将来自所述第一天线介质辐射体的第一频段的定位信号，分成第一路端口信号和第二路端口信号；所述第一路端口信号与所述第二路端口信号的幅度相同，且所述第一路端口信号的相位比所述第二路端口信号小90度；
所述第一路端口信号用于作为所述第二移相器的输入信号，从而使得所述第二移相器输出的信号等幅度且相位差为90度；
所述第二路端口信号用于作为所述第一延时移相器的输入信号，从而使得所述第一延时移相器延时90度后输入所述第三移相器，使得所述第三移相器输出的信号等幅度且相位差为90度，与所述第二移相器输出的信号相位差依次差90度。
可选的，所述第二天线馈电网络包括第四移相器、第五移相器和第六移相器；所述第六移相器与第二延时移相器连接，从而使得所述第二延时移相器的输出信号作为所述第六移相器的输入信号；
所述第四移相器用于将来自所述第一天线介质辐射体的第一频段的定位信号，分成第三路端口信号和第四路端口信号；所述第三路端口信号与所述第四路端口信号的幅度相同，且所述第三路端口信号的相位比所述第四路端口信号小90度；
所述第三路端口信号用于作为所述第五移相器的输入信号，从而使得所述第五移相器的两个处理输出端口的输出信号等幅度且相位差为90度；所述第五移相器的发射输出端口用于发射信号；
所述第四路端口信号用于作为所述第二延时移相器的输入信号，从而使得所述第二延时移相器延时90度后输入所述第六移相器，使得所述第六移相器输出的信号等幅度且相位差为90度，与所述第五移相器输出的信号相位差依次差90度。
可选的，所述第一天线馈电网络和所述第二天线馈电网络均与低噪声放大模块连接；所述第二天线馈电网络与功率放大模块连接。
可选的，所述电路板上还设置了第三馈电网络；所述第二天线介质辐射体作为接收信号的通信天线介质辐射体时，所述第三天线馈电网络用于转发来自所述第二天线介质辐射体的接收信号。
可选的，所述公共天线介质辐射体具体用于作为发射信号的RDSS通信天线介质辐射体，所述第二天线介质辐射体具体用于作为接收信号的RDSS通信天线介质辐射体。
本发明在以下实施例的描述中会更加简明易懂。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简要介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种定位通信天线的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的一种定位通信天线的整体电路结构示意图；
图3为本发明实施例提供的一种定位通信天线中第一天线馈电网络的结构示意图；
图4为本发明实施例提供的一种定位通信天线中定位天线的整体电路结构示意图；
图5为本发明实施例提供的一种定位通信天线中第二天线馈电网络的结构示意图；
图6为本发明实施例提供的一种定位通信天线中通信天线的整体电路结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例提供一种定位通信天线，包括：自上而下层叠设置的第一天线介质辐射体、公共天线介质辐射体、第二天线介质辐射体和电路板。
所述第一天线介质辐射体用于作为第一频段的定位天线介质辐射体。
所述公共天线介质辐射体用于作为第二频段的定位天线介质辐射体，以及用于作为发射信号的通信天线介质辐射体；所述第一频段小于第二频段。
所述第二天线介质辐射体用于作为接收信号的通信天线介质辐射体。
所述电路板用于处理所述天线的信号。
上述通信天线中，所述公共天线介质辐射体用于作为第二频段的定位天线介质辐射体，以及用于作为发射信号的天线介质辐射体，所以通过复用所述公共天线介质辐射体，结合所述第一天线介质辐射体，覆盖了低频信号和高频信号，从而更加准确，而且同时兼具发射信号和接收信号的功能，所以该天线还可以用于卫星通信，该天线既能用于卫星通信，也能进行高精度定位。
一种可选实施方式中，所述天线还包括多个金属针；所述多个金属针用于作为所述天线的馈点；所述多个金属针包括第一组金属针、第二组金属针和第三组金属针；所述第一组金属针分布在所述第一天线辐射体；所述第二组金属针分布在所述第二天线辐射体；所述第三组金属针分布在所述公共天线辐射体。
需要说明的是，馈点的实现方式不止包括金属针，还可以通过其他方式实现。
一种可选实施方式中，所述第一组金属针包括4个金属针；所述第二组金属针包括1个金属针；所述第三组金属针包括4个金属针。
需要说明的是，所述第一组金属针、所述第二组金属针和所述第三组金属针的个数可以根据场景灵活限定。
在高精度天线中物理结构的对称性、馈点数量都影响着天线的稳定度。物理结构越对称、馈点数越多，天线的相位中心越稳定，但同时馈点越多、馈电方式越复杂，天线的效率会相应的降低。为得到更高的稳定度，实现高效率，可以折中考虑采用四馈源馈电圆形的微带贴片天线来保证天线稳定度。
一种可选实施方式中，所述第一组金属针在所述第一天线辐射体呈对称分布；所述第二组金属针在所述第二天线辐射体呈对称分布；所述第三组金属针在所述公共天线辐射体呈对称分布。
可选的，所述第一天线介质辐射体、所述公共天线介质辐射体和所述第二天线介质辐射体的形状均为对称形状。
举例来说，所述第一天线介质辐射体、所述公共天线介质辐射体和所述第二天线介质辐射体中，辐射体的形状可以为圆形、正多边形等。
可选的，所述公共天线介质辐射体具体用于作为发射信号的RDSS通信天线介质辐射体，所述第二天线介质辐射体具体用于作为接收信号的RDSS通信天线介质辐射体。
本发明实施例提供一种定位通信天线可以如图1所示。
具体来说，图1为定位天线与通信天线组合天线结构示意图。
图1中金属针1-4为定位天线中低频天线的馈点，低频的频段可以为1176MHz-1268MHz，图1中金属针5-8为定位天线中高频天线的馈点，高频的频段为1561MHz-1575MHz，金属针9为通信天线中接收天线的馈点，10为第一频段的定位天线介质辐射体(所述第二天线介质辐射体)，11为第一频段的定位天线介质辐射体的低频定位天线辐射面。
而所述公共天线介质辐射体12与所述公共天线介质辐射面13有两部分功能，一是12为高频天线介质辐射体，13为高频天线辐射面，与10、11部分组成定位天线；二是12为通信天线中发射天线介质辐射体，13为通信天线中发射天线辐射面；14为通信天线中接收天线介质辐射体，15为通信天线中接收天线辐射面，如此12、13、14、15组成了一个完整的通信天线。其中通信天线的发射频段为1610-1630MHz，通信天线的接收频段为2491.45MHz±8MHz。
需要说明的是，定位天线和通信天线可以通过TNC连接器连接，从而为通信天线与定位天线馈电。采用天线微带辐射体概念，定位天线与通信天线中发射天线的辐射体共用一片辐射体，这样有效减小了天线整体尺寸。
本发明实施例中，在天线尺寸重量原来基础上仅添加了S频段天线，S频段天线拥有定位工作模式，并添加了通信天线的其他频段。当天线导航频段工作时，天线下层与中间层(下层是10，中间层是12)作为导航天线辐射体，此时中间层为四馈源馈电方式；而当通信频段工作时，天线中间层与上层部分共同作为天线辐射体(中间层是12，上层是14)，而此时中间层为双馈源馈电方式；这两种工作方式相当于双频段共用中间层辐射体。本案在天线尺寸重量无明显变化的基础上，天线拥有单通道多频工作模式，即实现导航定位通信一体化。
本发明实施例中，同时导航频段的其中两个馈源作为通信频段的两馈源，简化了馈源网络。即通信天线的馈电网络利用了定位天线的馈电网络的一部分。而且，天线通过3dB移相器实现单口输入/输出时，每个电桥端口是50欧姆阻抗匹配的。
天线的整体电路一种可能的形式如图2所示。第二天线介质辐射体(S接收无源辐射体)与低噪声放大模块连接，并连接双工器。公共天线介质辐射体(L发射无源辐射体也是高频接收无源辐射体)与第一馈电网络、第二馈电网络连接，并连接至功率放大模块。第一天线介质辐射体(高频接收无源辐射体)与低噪声放大模块连接，并连接双工器。
可选的，所述电路板上设置有第一天线馈电网络和第二天线馈电网络；
所述第一天线介质辐射体作为第一频段的定位天线介质辐射体时，所述第一天线馈电网络用于处理来自所述第一天线介质辐射体的第一频段的定位信号；
所述公共天线介质辐射体作为第二频段的定位天线介质辐射体时，所述第二天线馈电网络用于处理来自所述公共天线介质辐射体的第二频段的定位信号；所述公共天线介质辐射体作为发射信号的通信天线介质辐射体时，所述第二天线馈电网络用于处理发射信号，并将处理后的发射信号转发至所述公共天线介质辐射体。
具体来说，第一馈电网络(第一天线馈电网络)一种可能的情形如图3所示。
可选的，第一天线馈电网络包括第一移相器、第二移相器和第三移相器；所述第三移相器与第一延时移相器连接，从而使得所述第一延时移相器的输出信号作为所述第三移相器的输入信号；
所述第一移相器用于将来自所述第一天线介质辐射体的第一频段的定位信号，分成第一路端口信号和第二路端口信号；所述第一路端口信号与所述第二路端口信号的幅度相同，且所述第一路端口信号的相位比所述第二路端口信号小90度；
所述第一路端口信号用于作为所述第二移相器的输入信号，从而使得所述第二移相器输出的信号等幅度且相位差为90度；
所述第二路端口信号用于作为所述第一延时移相器的输入信号，从而使得所述第一延时移相器延时90度后输入所述第三移相器，使得所述第三移相器输出的信号等幅度且相位差为90度，与所述第二移相器输出的信号相位差依次差90度。
如图3所示，当定位天线工作时，第一馈电网络中，从Input1口往第一馈电网络看(分析第一馈电网络一般从总口开始分析)，输入信号经3dB移相器1，分成等幅、相位差90°的两路信号(a端口信号、b端口信号)，随后1端口信号经3dB移相器2，分成等幅、相位差90°的两路信号，而b端口信号经1/4λ移相器(λ为电磁波在真空中传播的一个波长)，信号相位延时90°，再经3dB移相器3，分成等幅、相位差90°的两路信号，从5端口信号到8端口信号振幅相等、相位依次相差90°，完成高精度天线四馈源工作过程。端口5到端口8连接无源辐射体，3个移相器组成无源天线的馈点网络，该馈点网络起到了中转天线信号的作用。
定位天线的整体电路结构如图4所示。
具体来说，第二馈电网络(第二天线馈电网络)一种可能的情形如图5所示。
可选的，所述第二天线馈电网络包括第四移相器、第五移相器和第六移相器；所述第六移相器与第二延时移相器连接，从而使得所述第二延时移相器的输出信号作为所述第六移相器的输入信号；
所述第四移相器用于将来自所述第一天线介质辐射体的第一频段的定位信号，分成第三路端口信号和第四路端口信号；所述第三路端口信号与所述第四路端口信号的幅度相同，且所述第三路端口信号的相位比所述第四路端口信号小90度；
所述第三路端口信号用于作为所述第五移相器的输入信号，从而使得所述第五移相器的两个处理输出端口的输出信号等幅度且相位差为90度；所述第五移相器的发射输出端口用于发射信号；
所述第四路端口信号用于作为所述第二延时移相器的输入信号，从而使得所述第二延时移相器延时90度后输入所述第六移相器，使得所述第六移相器输出的信号等幅度且相位差为90度，与所述第五移相器输出的信号相位差依次差90度。
可选的，所述第一天线馈电网络和所述第二天线馈电网络均与低噪声放大模块连接；所述第二天线馈电网络与功率放大模块连接。
如图5所示，当通信天线工作时，从Input2口输入经3dB移相器2，分成等幅、相位差90°的两路信号(a端口信号、b端口信号)，从a端口信号到b端口信号振幅相等、相位依次相差90°。再通过与定位天线类似的方式，分离信号，需要说明的是，第二馈电网络与功率放大模块输出口阻抗匹配，可以等效50Ω阻抗匹配。
需要说明的是，对比定位天线的第一馈电网络与通信天线的第二馈电网络，可看出这两种馈电网络均采用了3dB移相器的馈电方式。本发明实施例中，定位天线中低频馈电网络保持不变，在高频馈电网络基础上将移相器2中的电阻去除，从此处引出一个端口，便可以作为通信天线的输出口，从此可以看出，移相器1、移相器2、移相器3组成定位天线的馈电网络，移相器2组成通信天线中发射天线的馈电网络。
定位天线的整体电路结构如图6所示。
可选的，所述电路板上还设置了第三天线馈电网络；所述第二天线介质辐射体作为接收信号的通信天线介质辐射体时，所述第三天线馈电网络用于转发来自所述第二天线介质辐射体的接收信号；第三天线馈电网络的结构可以和第一馈电网络相同。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (9)

1.一种定位通信天线，其特征在于，包括：自上而下层叠设置的第一天线介质辐射体、公共天线介质辐射体、第二天线介质辐射体和电路板；
所述第一天线介质辐射体用于作为第一频段的定位天线介质辐射体；
所述公共天线介质辐射体用于作为第二频段的定位天线介质辐射体，以及用于作为发射信号的通信天线介质辐射体；所述第一频段小于第二频段；
所述第二天线介质辐射体用于作为接收信号的通信天线介质辐射体；
所述电路板用于处理所述天线的信号，所述电路板上设置有第一天线馈电网络和第二天线馈电网络；
所述第一天线介质辐射体作为第一频段的定位天线介质辐射体时，所述第一天线馈电网络用于处理来自所述第一天线介质辐射体的第一频段的定位信号；
所述公共天线介质辐射体作为第二频段的定位天线介质辐射体时，所述第二天线馈电网络用于处理来自所述公共天线介质辐射体的第二频段的定位信号；所述公共天线介质辐射体作为发射信号的通信天线介质辐射体时，所述第二天线馈电网络用于处理发射信号，并将处理后的发射信号转发至所述公共天线介质辐射体。
2.如权利要求1所述的天线，其特征在于，所述天线还包括多个金属针；所述多个金属针用于作为所述天线的馈点；所述多个金属针包括第一组金属针、第二组金属针和第三组金属针；所述第一组金属针分布在所述第一天线介质辐射体；所述第二组金属针分布在所述第二天线介质辐射体；所述第三组金属针分布在所述公共天线介质辐射体。
3.如权利要求2所述的天线，其特征在于，所述第一组金属针包括4个金属针；所述第二组金属针包括1个金属针；所述第三组金属针包括4个金属针。
4.如权利要求1所述的天线，其特征在于，所述第一天线介质辐射体、所述公共天线介质辐射体和所述第二天线介质辐射体的形状均为对称形状。
5.如权利要求1至4任一项所述的天线，其特征在于，第一天线馈电网络包括第一移相器、第二移相器和第三移相器；所述第三移相器与第一延时移相器连接，从而使得所述第一延时移相器的输出信号作为所述第三移相器的输入信号；
所述第一移相器用于将来自所述第一天线介质辐射体的第一频段的定位信号，分成第一路端口信号和第二路端口信号；所述第一路端口信号与所述第二路端口信号的幅度相同，且所述第一路端口信号的相位比所述第二路端口信号小90度；
所述第一路端口信号用于作为所述第二移相器的输入信号，从而使得所述第二移相器输出的信号等幅度且相位差为90度；
所述第二路端口信号用于作为所述第一延时移相器的输入信号，从而使得所述第一延时移相器延时90度后输入所述第三移相器，使得所述第三移相器输出的信号等幅度且相位差为90度，与所述第二移相器输出的信号相位差依次差90度。
6.如权利要求1至4任一项所述的天线，其特征在于，所述第二天线馈电网络包括第四移相器、第五移相器和第六移相器；所述第六移相器与第二延时移相器连接，从而使得所述第二延时移相器的输出信号作为所述第六移相器的输入信号；
所述第四移相器用于将来自所述第一天线介质辐射体的第一频段的定位信号，分成第三路端口信号和第四路端口信号；所述第三路端口信号与所述第四路端口信号的幅度相同，且所述第三路端口信号的相位比所述第四路端口信号小90度；
所述第三路端口信号用于作为所述第五移相器的输入信号，从而使得所述第五移相器的两个处理输出端口的输出信号等幅度且相位差为90度；所述第五移相器的发射输出端口用于发射信号；
所述第四路端口信号用于作为所述第二延时移相器的输入信号，从而使得所述第二延时移相器延时90度后输入所述第六移相器，使得所述第六移相器输出的信号等幅度且相位差为90度，与所述第五移相器输出的信号相位差依次差90度。
7.如权利要求1至4任一项所述的天线，其特征在于，所述第一天线馈电网络和所述第二天线馈电网络均与低噪声放大模块连接；所述第二天线馈电网络与功率放大模块连接。
8.如权利要求1至4任一项所述的天线，其特征在于，所述电路板上还设置了第三天线馈电网络；所述第二天线介质辐射体作为接收信号的通信天线介质辐射体时，所述第三天线馈电网络用于转发来自所述第二天线介质辐射体的接收信号。
9.如权利要求1至4任一项所述的天线，其特征在于，所述公共天线介质辐射体具体用于作为发射信号的RDSS通信天线介质辐射体，所述第二天线介质辐射体具体用于作为接收信号的RDSS通信天线介质辐射体。
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