CN113224522B - 一种gnss天线 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供一种GNSS天线。包括：介质板和印刷电路板，以及环绕所述介质板的齿状环；所述介质板和所述印刷电路板通过齿状环的上下端固定连接；所述介质板和所述印刷电路板之间为空气加载；所述介质板上设置有低频辐射面和高频辐射面；所述齿状环的N个齿栏高出所述低频辐射面和所述高频辐射面所在平面。不仅提高了天线装配的一致性，还使得天线结构更加稳固，抗振动性能更强。同时，有利于提高低频段天线的波束宽度、低仰角增益和轴比性能。通过将低频辐射面和高频辐射面设置在一块介质板上，同时在介质板和印刷电路板之间采用空气加载，实现了天线的轻量化，极大降低了天线的重量和材料成本。

Description

一种GNSS天线

技术领域

本发明实施例涉及天线技术领域，尤其涉及一种GNSS天线。

背景技术

随着全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System，GNSS)的快速发展，GPS、GLONASS、GALILEO以及北斗卫星导航系统等系统，多系统并存，多模融合进一步加快。单独使用一个卫星导航系统的可靠性和稳定性以及定位精度都难以得到保证，融合多系统的卫星导航系统将可以得到比单独利用任何一个定位系统更好的定位性能。天线作为卫星导航接收机的重要组成部分，它的性能如何，关系到卫星导航接收机测量精度大小。因此开发同时兼容GPS、GLONASS、GALILEO以及北斗卫星导航系统等系统的多频段天线成为趋势。为了覆盖如此宽的带宽，需要研发一种增益带宽更宽，性能更加优良，覆盖全球卫星导航系统所有频段的GNSS天线。

然而，现有的GNSS天线通常将整个高低频辐射面做在一块实心的介质板上，重量大成本高，且介质板和印刷电路板的结构牢固性和可靠性较差。

综上，本发明实施例提供一种GNSS天线，用以提升天线的各项性能指标的同时，解决现有天线重量大，结构牢固性和可靠性较差的问题。

发明内容

本发明实施例提供一种GNSS天线，用以解决现有天线重量大，结构牢固性和可靠性较差的问题。

本发明实施例提供一种GNSS天线，包括介质板和印刷电路板，以及环绕所述介质板的齿状环；

所述介质板和所述印刷电路板通过齿状环的上下端固定连接；

所述介质板和所述印刷电路板之间为空气加载；

所述介质板上设置有低频辐射面和高频辐射面；

所述齿状环的N个齿栏高出所述低频辐射面和所述高频辐射面所在平面。

介质板和印刷电路板通过齿状环的上下端固定连接，不仅提高了天线装配的一致性，还使得天线结构更加稳固，抗振动性能更强。同时，使齿状环的N个齿栏高出低频辐射面和高频辐射面所在平面，有利于提高低频段天线的波束宽度、低仰角增益和轴比性能。通过在介质板和印刷电路板之间采用空气加载，实现了天线的轻量化，极大降低了天线的重量和材料成本。

可选地，所述低频辐射面具有N个朝向所述齿栏凸起的第一枝节；

N个第一枝节与N个齿栏一一对应。

通过在低频辐射面上设计N个朝向齿栏凸起的第一枝节，并使第一枝节与齿状环的齿栏一一对应，可以有效改善GNSS天线的轴比等各项性能。同时可以通过第一枝节的数量和向外伸出的长度对中心频点进行调控。

可选地，所述印刷电路板上设置有通信天线和/或物联网天线；

所述通信天线和/或所述物联网天线位于所述齿状环的外围。

通过将通信天线和/或物联网天线置于PCB板上，避免了将通信天线和/或物联网天线置于介质板侧边导致的导航频段天线的轴比，带宽以及低仰角等天线指标恶化，有助于提高通信天线和/或物联网天线与GNSS频段天线的隔离度，减小频段间的相互干扰。

可选地，所述N个齿栏中的M个齿栏上端设置有卡口，所述介质板的外围设置有M个卡槽，所述卡口和所述卡槽卡合连接。

通过直接在M个齿栏上端设置卡口，从而与介质板外围的卡槽相卡合，简单方便地实现了介质板与齿状环的固定，从而使结构更加稳固。

可选地，所述齿状环为金属材质；所述齿栏的形状为上窄下宽的梯形。

如此，可以改善GNSS天线的抗多路径效应。

可选地，所述低频辐射面以同心共面的方式设置在所述高频辐射面的外围；

所述低频辐射面和所述高频辐射面之间设置有等距离的间隙。

通过将低频辐射面和高频辐射面设置在同一块介质板上，可以实现轻量化。同时在低频辐射面和高频辐射面之间设置等距离的间隙，可以使高频辐射面和低频辐射面相互分离，并还可通过调节间隙的大小从而对低频辐射面和高频辐射面的中心频点进行调控。

可选地，所述高频辐射面具有P个朝向所述低频辐射面凸起的第二枝节。

通过在高频辐射面上设置P个第二枝节，可以通过对第二枝节的数量和伸出的长度进行调整，从而调控高频辐射面的中心频点的大小以及GNSS天线的轴比等各项性能指标。

可选地，所述高频辐射面和所述低频辐射面均为中心对称图形。

通过将高频辐射面和低频辐射面均设置为中心对称图像，有利于提高GNSS天线的轴比、带宽等性能。

可选地，所述第一枝节为矩形，所述第二枝节为花瓣形；其中，N＝24，P＝8。

通过将齿状环的齿数进行设置，使得GNSS天线的抗多径效应、轴比等各项性能均能得到明显的提升。通过设置第一枝节和第二枝节的形状和数量可以根据需求对中心频点进行调节。

可选地，所述高频辐射面设置的各高频馈电点到所述介质板的中心的距离相等；

所述低频辐射面设置的各低频馈电点到所述介质板的中心的距离相等；

所述低频辐射面设置的各接地点到所述介质板的中心的距离相等。

通过使各高频馈电点到介质板的中心距离相等，使低频馈电点到介质板的中心的距离相等，使各接地点到介质板的中心的距离相等，可以保持低频辐射面和高频辐射面的对称性。

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可能的GNSS天线的结构；

图2为本发明实施例提供的一种不包括介质板1GNSS天线的结构图；

图3为本发明实施例提供的一种可能的GNSS天线的剖视图；

图4为本发明实施例提供的一种可能的GNSS天线的侧视图。

具体实施方式

为使本申请的目的、实施方式和优点更加清楚，下面将结合本申请示例性实施例中的附图，对本申请示例性实施方式进行清楚、完整地描述，显然，所描述的示例性实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。

基于本申请描述的示例性实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请所附权利要求保护的范围。此外，虽然本申请中公开内容按照示范性一个或几个实例来介绍，但应理解，可以就这些公开内容的各个方面也可以单独构成一个完整实施方式。

需要说明的是，本申请中对于术语的简要说明，仅是为了方便理解接下来描述的实施方式，而不是意图限定本申请的实施方式。除非另有说明，这些术语应当按照其普通和通常的含义理解。

本申请中说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”等是用于区别类似或同类的对象或实体，而不必然意味着限定特定的顺序或先后次序，除非另外注明(Unless otherwise indicated)。应该理解这样使用的用语在适当情况下可以互换，例如能够根据本申请实施例图示或描述中给出那些以外的顺序实施。

此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖但不排他的包含，例如，包含了一系列组件的产品或设备不必限于清楚地列出的那些组件，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些产品或设备固有的其它组件。

本发明实施例提供的GNSS天线可以同时兼容多个系统，包括全球定位系统(Global Positioning System，GPS)、全球卫星导航系统(Global Navigation SatelliteSystem，GLONASS)、伽利略卫星导航系统(GALILEO)以及北斗卫星导航系统(BeiDouNavigation Satellite System，BDS)等系统。其中GPS的频点有L1(1575.42MHz)、L2(1227.6MHz)、L5(1176.45MHz)；GLONASS的频点有G1(1602MHz)、G2(1246MHz)、G3(1204.704MHz)；GALILEO的频点有E1(1575.42MHz)、E6(1278.75MHz)、E5(1191.795MHz)；BDS的频点有B1(1561.098MHz)B2(1207.14MHz)B3(1268.52MHz)。下文将频率从1150MHz到1300MHz的频段称为低频段，从1525MHz到1660MHz的频段称为高频段。高低频段基本覆盖以上提到的卫星导航系统的可用频段。

本发明实施例提供的一种可能的GNSS天线的结构如图1所示。包括介质板1和印刷电路板(Printed Circuit Board，PCB)4以及环绕介质板1设置的齿状环(图1中未标出)。为了方便理解，图2示出了不包括介质板1GNSS天线的结构图，其中，齿状环11焊接固定于PCB板4上，确保天线本身结构的稳定性。介质板1和印刷电路板4通过齿状环11的上下端固定连接。

为了能够抑制多径干扰，提高天线低仰角和轴比等指标，本发明实施例设置齿状环11为导电材料，例如可以为金属导电材料、高分子导电材料等。齿状环11上间隔均匀地设置N个齿栏18，本发明实施例对齿栏18的形状和数量不作限定，形状可以为矩形、三角形、梯形、抛物线形等。齿栏18的数量和尺寸影响天线的中心频点和抗多径效应等指标。齿栏18的数目越多，天线的轴比带宽更宽，多径抑制能力越强，但若数目太多会使齿栏18之间的间距减小，改善效果逐渐减弱，且不利加工和装配。图2中示出了一种可能的齿栏18，形状为上窄下宽的梯形，个数为24个。通过将齿栏设置成不规则的梯形可以改善GNSS天线的抗多路径效应、轴比和低仰角性能。

需要注意的是，齿状环11与介质板1固定连接。本发明实施例对固定方式不作限定，可以采用卡合、焊接、螺栓等方式。

以其中一种固定方式为例，齿状环11中的M个齿栏18上端设置有卡口13，介质板1的外围设置有M个卡槽15，安装时将卡口13卡合在卡槽15上，并用焊锡焊接。如此，实现了介质板1通过齿状环11与PCB板4的固定连接，装配方便，结构稳固。本发明实施例对M的个数不作限制，M的个数越多，则安装越牢固，但加工和装配的成本也会随之增加。

本发明实施例对介质板1、印刷电路板和齿状环11的形状不作限制，例如可以为圆形，多边形等。

可选地，介质板1上设置有低频辐射面2和高频辐射面3。低频辐射面2以同心共面的方式设置在高频辐射面3的外围，且低频辐射面2和高频辐射面3之间设置有等距离的间隙。间隙的大小影响低频辐射面2和高频辐射面3的中心频点，增益、轴比指标。

通过将低频辐射面和高频辐射面设置在同一块介质板上，可以实现轻量化。同时在低频辐射面和高频辐射面之间设置等距离的间隙，实现高低频辐射面之间的隔离。

低频辐射面2上设置有多个朝向齿栏18凸起的第一枝节，第一枝节的数量和凸起的长度影响低频辐射面2的中心频点的大小。本发明实施例对此不作限制，例如，可以在低频辐射面2上设置第一枝节的个数与齿栏18个数成倍数关系，也可以与齿栏18个数相同。若第一枝节与齿栏18个数相同，则N个第一枝节与N个齿栏18一一对应，二者可相对设置，也可交叉设置，本发明实施例对此不作限制。图3示出了本发明实施例提供的一种可能的GNSS天线的剖视图，在该实施例中，第一枝节与齿栏18相对设置。

高频辐射面3上设置有P个朝向低频辐射面2凸起的第二枝节，第二枝节的数量和凸起的长度影响低频辐射面2的中心频点的大小。本发明实施例对此不作限制。例如在图1中，第二枝节的数量为8个。

同样，本发明实施例对第一枝节和第二枝节的形状不作限制，例如在图1中，第一枝节为矩形，第二枝节为花瓣形。在具体的实施中，为了保证天线的轴比等各项性能不受影响，设置了第一枝节的低频辐射面2和设置了第二枝节的高频辐射面3为中心对称图形。

进一步地，为了能够有效地改善天线的带宽、低仰角和轴比等性能指标，本发明实施例设置齿状环11的N个齿栏18高出低频辐射面2和高频辐射面3所在平面。图4示例性示出了本发明实施例提供的一种可能的GNSS天线的侧视图，如图所示，齿栏18的高度略高于低频辐射面2和高频辐射面3所在的平面的高度。如此有利于提高低频段天线的波束宽度和低仰角增益、轴比性能，调节天线辐射面与齿栏18的相对高度，能有效改善GNSS天线的带宽，低仰角以及轴比等性能指标。其中，齿栏18高出低频辐射面2和高频辐射面3的高度可根据需要进行设置，本发明实施例对此不作限制。

需要说明的是，介质板1和PCB板4之间为空气加载，如此可以降低天线的整体重量，缩减制作成本。

请一并参阅图1-图4，高频辐射面3上设置有多个高频馈电点10；低频辐射面2上设置有多个低频馈电点8和多个接地点9。为了保证辐射的对称性，各高频馈电点10到介质板1的中心的距离相等，各低频馈电点8到所述介质板1的中心的距离相等，各接地点9到所述介质板1的中心的距离相等。各高频馈电点10相互之间、各低频馈电点8相互之间、各接地点9相互之间都间隔一定的角度，本发明实施例对具体的间隔角度不作限制，对高频馈电点10、低频馈电点8和接地点9的数量也不作限制。例如如图1中，各高频馈电点10绕着介质板1的中心间隔90°均匀分布4个；各低频馈电点8绕着介质板1的中心间隔90°均匀分布4个；各接地点9绕着介质板1的中心间隔45°均匀分布8个。

在PCB板4上还设置有多个高频馈电针16、低频馈电针12和接地短路针17。高频馈电针16上端穿过介质板1与高频馈电点10连接，下端连接在PCB板4上的高频馈电网络；低频馈电针12上端穿过介质板1与低频馈电点8连接，下端连接在PCB板4上的低频馈电网络；接地短路针上端穿过介质板1与接地点9连接，下端连接PCB接地，齿状环11内的PCB板4上表面铺铜作为接地面14。接地点9数量影响高低频天线的中心频点。

可选地，为了能赋予天线更加多样的用途，使其应用场景更加广泛，本发明实施例还提供一种组合天线，在GNSS天线的基础上，同时结合通信天线和/或物联网天线。下面以图1示出的GNSS天线为例，对本发明实施例提供的组合天线进行介绍。

如图1所示，PCB板4上还设置有通信天线6/7和物联网天线5。通信天线6/7和物联网天线5位于齿状环11的外围，本发明实施例对通信天线6/7和物联网天线5在齿状环11外围的具体位置不作限定。齿状环11内围为空气加载区域。

通过将通信天线6/7和/或物联网天线5置于PCB板4上，降低了对GNSS天线的影响，避免了将通信天线6/7和/或物联网天线5置于介质板1侧边导致的导航频段天线的轴比，带宽以及低仰角等天线指标恶化。

可选地，通信天线6/7可以为4G天线、5G天线等，物联网天线5可以为wifi/蓝牙/Zegbee频段的天线。如图1所示，wifi/蓝牙天线/Zegbee天线5以及两个4G天线6、7均为偶极子天线，相对于做在介质板1上的pifa类型天线而言，增益和效率都有所提升。由于将通信天线6/7和物联网天线5做在PCB的上边沿，对应的下边沿无需铺铜保持净空，确保了通信天线6/7和物联网天线5与主机连接的稳定性。

本领域技术人员可以根据需求在PCB板4上仅安装通信天线6/7或物联网天线5，也可以如图1所示将通信天线6/7和物联网天线5均设置在PCB板4上，本发明实施例对此不作限制。

需要注意的是，安装通信天线6/7和/或物联网天线5的GNSS天线并不局限于本发明实施例中图1所示出的天线，而是可以为各种各样的GNSS天线，如单系统的GNSS天线、低频辐射面2和高频辐射面3不是做在同一块介质板1而是分布在多个介质板1上的GNSS天线等等。此处不再一一列举。

如此，介质板和印刷电路板通过齿状环的上下端固定连接，不仅提高了天线装配的一致性，还使得天线结构更加稳固，抗振动性能更强。同时，使齿状环的N个齿栏高出低频辐射面和高频辐射面所在平面，有利于提高低频段天线的波束宽度、低仰角增益和轴比性能。通过将低频辐射面和高频辐射面设置在一块介质板上，同时在介质板和印刷电路板之间采用空气加载，实现了天线的轻量化，极大降低了天线的重量和材料成本。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (9)

1.一种全球导航卫星系统GNSS天线，其特征在于，包括介质板和印刷电路板，以及环绕所述介质板的齿状环；所述介质板设置于所述印刷电路板的上方；

所述介质板和所述印刷电路板通过齿状环的上下端固定连接；

所述介质板和所述印刷电路板之间为空气加载；

所述介质板上设置有低频辐射面和高频辐射面；所述低频辐射面以同心共面的方式设置在所述高频辐射面的外围；所述低频辐射面和所述高频辐射面之间设置有等距离的间隙；

所述齿状环的N个齿栏高出所述低频辐射面和所述高频辐射面所在平面。

2.如权利要求1所述的天线，其特征在于，所述低频辐射面具有N个朝向所述齿栏凸起的第一枝节；

N个第一枝节与N个齿栏一一对应。

3.如权利要求1所述的天线，其特征在于，所述印刷电路板上设置有通信天线和/或物联网天线；

所述通信天线和/或所述物联网天线位于所述齿状环的外围。

4.如权利要求1所述的天线，其特征在于，所述N个齿栏中的M个齿栏上端设置有卡口，所述介质板的外围设置有M个卡槽，所述卡口和所述卡槽卡合连接。

5.如权利要求1所述的天线，其特征在于，所述齿状环为金属材质；所述齿栏的形状为上窄下宽的梯形。

6.如权利要求1所述的天线，其特征在于，所述高频辐射面具有P个朝向所述低频辐射面凸起的第二枝节。

7.如权利要求1所述的天线，其特征在于，所述高频辐射面和所述低频辐射面均为中心对称图形。

8.如权利要求6所述的天线，其特征在于，所述第一枝节为矩形，所述第二枝节为花瓣形；其中，N＝24，P＝8。

9.如权利要求1所述的天线，其特征在于，所述高频辐射面设置的各高频馈电点到所述介质板的中心的距离相等；

所述低频辐射面设置的各低频馈电点到所述介质板的中心的距离相等；

所述低频辐射面设置的各接地点到所述介质板的中心的距离相等。

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