CN113937501B - 一种宽带gnss天线 - Google Patents
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Abstract
本申请提供一种宽带GNSS天线，包括：自上而下依次层叠设置的高频辐射单元、低频辐射单元、低频馈电单元和接地板；所述高频辐射单元通过探针实现直接馈电；所述低频馈电单元包括至少一个容性单元，所述低频辐射单元通过所述容性单元实现耦合馈电。该宽带GNSS天线可以在天线小型化、轻薄化的基础上拓宽天线的工作带宽。
Description
技术领域
本申请涉及通信技术领域，尤其涉及一种宽带GNSS天线。
背景技术
随着全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System，GNSS)的发展，圆极化天线得到了不断的发展和改进。常见的圆极化天线有贴片天线、螺旋和振子天线，相比于螺旋和振子天线，贴片天线具有剖面低、重量小、体积小、易与载体共形和易于实现圆极化等优点，广泛应用于卫星导航定位终端系统中。
基于卫星导航定位终端设备小型化的发展趋势，天线结构也应小型化、轻薄化。由于贴片天线的带宽很窄，为了满足卫星导航定位多系统或多频段工作的需要，小型化定位终端设备里通常会设置有两个以上的贴片天线，分别工作在不同频段，多个贴片天线通常是叠层放置，但是叠层组合的贴片天线的厚度往往较厚，无法满足小型定位终端设备的轻薄化需求。而且，若减小贴片天线的尺寸，介电常数升高，天线Q值也随之增大，会导致贴片天线的工作带宽减小。
因此，目前亟需一种在天线小型化、轻薄化的基础上，可以拓宽天线工作带宽的设计方案。
发明内容
本申请实施例提供一种宽带GNSS天线，可以在天线小型化、轻薄化的基础上，拓宽天线的工作带宽。
本申请实施例提供的一种宽带GNSS天线，包括：自上而下依次层叠设置的高频辐射单元、低频辐射单元、低频馈电单元和接地板；所述高频辐射单元通过探针实现直接馈电；所述低频馈电单元包括至少一个容性单元，所述低频辐射单元通过所述容性单元实现耦合馈电。
上述技术方案中，通过在低频馈电单元上设置容性单元，将原有的探针直接馈电方式改为容性单元耦合馈电，可以拓宽天线低频段的工作带宽，进而可以在天线小型化、轻薄化的基础上，拓宽天线的工作带宽。
在一种可能的设计中，所述高频辐射单元包括高频辐射介质基板和贴附在所述高频辐射介质基板上表面的第一贴片；所述低频辐射单元包括低频辐射介质基板和贴附在所述低频辐射介质基板上表面的第二贴片；所述低频馈电单元包括低频馈电介质基板和贴附在所述低频馈电介质基板上表面的至少一个第三贴片；所述第三贴片的直径不大于所述低频辐射单元的低频波长的十分之一，从而形成所述容性单元。
上述技术方案中，位于低频馈电介质基板上的第三贴片的直径不大于低频辐射单元的低频波长的十分之一，从而形成容性单元。通过在低频馈电单元上设置容性单元，将原有的探针直接馈电方式改为容性单元耦合馈电，该容性单元可以通过耦合作用抵消馈电探针上的感性，从而拓宽带GNSS天线低频段的带宽。
在一种可能的设计中，所述高频辐射介质基板的介电常数高于所述低频辐射介质基板的介电常数；所述低频辐射介质基板的介电常数和所述低频馈电介质基板的介电常数一致。
上述技术方案中，高频辐射介质基板的介电常数高于低频辐射介质基板的介电常数，使得高频辐射介质基板的直径小于低频辐射介质基版的直径，进而低频辐射介质基板上的第二贴片可以有足够的辐射空间。低频辐射介质基板的介电常数和低频馈电介质基板的介电常数一致，使得低频辐射介质基板和低频馈电介质基板具有相同的直径，进而容性单元和低频辐射单元可以达到更好的耦合效果。
在一种可能的设计中，所述低频辐射单元、所述低频馈电单元和所述接地板为同一轴线的同心圆结构；所述高频辐射单元的直径小于所述低频辐射单元的直径；所述低频辐射单元的直径等于所述低频馈电单元的直径。
上述技术方案中，高频辐射单元的直径小于低频辐射单元的直径，可以保证低频辐射单元的第二贴片有足够的辐射空间。低频辐射单元和低频馈电单元具有相同的直径，进而容性单元和低频辐射单元可以达到更好的耦合效果。
在一种可能的设计中，所述低频辐射单元、所述低频馈电单元和所述接地板均设置有对应的多个第一金属化过孔；所述高频辐射单元通过所述第一金属化过孔中的第一探针实现直接馈电。
上述技术方案中，通过在低频辐射单元、低频馈电单元和接地板上设置金属化过孔，可以消除高频辐射单元的第一探针穿过低频单元时产生的耦合作用。
在一种可能的设计中，所述低频馈电单元和所述接地板均设置有第二金属化过孔；所述容性单元通过所述第二金属化过孔中的第二探针实现直接馈电；所述低频辐射单元通过所述容性单元实现耦合馈电。
上述技术方案中，容性单元通过与低频辐射单元的耦合作用实现耦合馈电，可以拓宽天线低频段的工作带宽。
在一种可能的设计中，所述容性单元为圆形；所述容性单元的数量为4个，4个容性单元依次间隔90°均匀分布在所述低频馈电介质基板上。
上述技术方案中，可以使宽带GNSS天线在圆极化时形成稳定的相位中心，使天线的圆极化性能更好，测量精度更高。
在一种可能的设计中，所述低频辐射单元还设置有围绕所述第二贴片均匀分布的扼流条带，所述扼流条带通过短路钉与所述接地板连接。
上述技术方案中，设置围绕第二贴片的扼流条带可以将电流从第二贴片耦合到扼流条带上，使低频辐射空间更加开放，从而降低了天线的辐射Q值，扩展了天线的工作带宽。
在一种可能的设计中，所述扼流条带的长度为所述低频辐射单元对应低频波长的四分之一。
上述技术方案中，可以使扼流条带与第二贴片的耦合效果更好，增加宽带GNSS天线的低频工作带宽。
在一种可能的设计中，所述短路钉、所述第一探针和所述第二探针均匀分布在两条正交的直径上。
上述技术方案中，可以使宽带GNSS天线在圆极化时形成稳定的相位中心，使天线的圆极化性能更好，测量精度更高。
附图说明
为了更清楚地说明本申请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申请的一些实施例，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为本申请实施例提供的一种宽带GNSS天线的分解示意图；
图2为本申请实施例提供的一种宽带GNSS天线的主视图；
图3为本申请实施例提供的一种宽带GNSS天线的俯视图；
图4为本申请实施例提供的一种宽带GNSS天线的整体图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请作进一步地详细描述，显然，所描述的实施例仅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，都属于本申请保护的范围。
在本申请的实施例中，多个是指两个或两个以上。“第一”、“第二”等词汇，仅用于区分描述的目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性，也不能理解为指示或暗示顺序。在本申请实施例的描述中“多个”，是指两个或两个以上。
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。
本申请实施例提供了一种宽带GNSS天线，应用于卫星导航定位系统的小型化卫星导航定位终端，例如无人机、手持工程测量仪器等。
图1示例性地示出了本申请提供的一种宽带GNSS天线的分解示意图。如图1所示，宽带GNSS天线100包括自上而下依次层叠设置的高频辐射单元110、低频辐射单元120、低频馈电单元130和接地板140。其中，高频辐射单元110通过探针实现直接馈电，低频馈电单元130包括至少一个容性单元131，低频辐射单元130通过容性单元131实现耦合馈电。
本申请实施例中，为满足卫星导航定位多频段工作的需求，将宽带GNSS的工作频段划分为高频段和低频段，例如，高频辐射单元110可以工作在1525MHz-1609MHz的高频段，低频辐射单元120和低频馈电单元130可以工作在1166MHz-1278MHz的低频段。高频辐射单元110包括高频辐射介质基板112和贴附在高频辐射介质基板112上表面的第一贴片111，低频辐射单元120包括低频辐射介质基板122和贴附在低频辐射介质基板122上表面的第二贴片121。其中，第一贴片111用于发射和接收高频电磁波，第二贴片121用于发射和接收低频电磁波。接地板140背面印有馈电网络，通过馈电网络中的公分移相器可以实现宽带GNSS天线的圆极化形式。高频辐射单元110、低频辐射单元120、低频馈电单元130和接地板140可以为同一轴线的同心圆结构。为保证低频辐射单元120的第二贴片121有足够的辐射空间，高频辐射单元110的直径小于低频辐射单元120的直径。需要说明的是，宽带GNSS天线的形状不仅限于圆形结构，也可以根据具体应用情况采用矩形、六边形等形状，以使宽带GNSS天线具有更佳的辐射性能。
可以看出，宽带GNSS天线高频段的工作带宽相比于低频段的工作带宽较窄，通常通过控制高频辐射介质基板的介电常数或者高频辐射介质基板的厚度即可满足高频段的工作带宽。本申请实施例中，在低频辐射单元120、低频馈电单元130和接地板140均设置有对应的多个第一金属化过孔，如图1所示，在低频辐射单元120上围绕中心点均匀分布的金属化过孔125，在低频馈电单元130上围绕中心点均匀分布的金属化过孔134，接地板140上对应的金属化过孔在图中未示出。高频辐射单元110的第一贴片111通过第一探针113与接地板140背面的馈电网络实现直接馈电。通过设置金属化过孔，可以消除高频辐射单元110的第一探针113穿过低频辐射单元120、低频馈电单元130时产生的耦合作用，使宽带GNSS天线的辐射性能更好。
低频段的工作带宽范围相比于高频段的工作带宽较大，为了在缩小天线尺寸的同时，不影响低频段的工作带宽，本申请实施例增加低频馈电单元130，如图1所示，低频馈电单元130包括低频馈电介质基板132和贴附在低频馈电介质基板132上表面的至少一个第三贴片131。当第三贴片131的直径不大于低频辐射单元130的低频波长的十分之一时，第三贴片131呈容性从而形成容性单元。低频馈电单元130和接地板140均设置有第二金属化过孔(图中未示出)，容性单元131通过第二金属化过孔中的第二探针133与接地版140背面的馈电网络实现直接馈电。容性单元131和低频辐射单元120的第二贴片121通过耦合作用实现耦合馈电。拓宽天线的带宽需要降低天线Q值，通常可以通过增加介质基板的厚度和降低介质基板的介电常数来降低天线Q值，但由于宽带GNSS天线的小尺寸限制了介质基板的介电常数，而且增加介质基板的厚度会增加馈电探针的电感分布，从而降低天线带宽。因此，本申请实施例通过在低频馈电单元上设置容性单元，将原有的探针直接馈电方式改为容性单元耦合馈电，该容性单元可以通过耦合作用抵消馈电探针上的感性，从而拓宽带GNSS天线低频段的带宽。为保证容性单元131与低频辐射单元120达到更好的耦合效果，可以使低频辐射单元120的直径等于低频馈电单元120的直径。
需要说明的是，容性单元131可以为任意形状，本申请实施例中容性单元131设置为圆形，可以使天线在优化上更容易调整。容性单元可以采用单馈、双馈和多馈的馈电方式，即容性单元131的数量可以为1个、2个或者多个。本申请实施例中采用四馈，即容性单元131的数量为4个，4个容性单元依次间隔90°均匀分布在低频馈电介质基板132上。如此，可以使宽带GNSS天线在圆极化时形成稳定的相位中心，使天线的圆极化性能更好，测量精度更高。
为了进一步地拓宽宽带GNSS天线的低频工作带宽，低频辐射单元120还设置有围绕第二贴片121均匀分布的扼流条带123，扼流条带123通过短路钉124与接地板140连接。通过设置围绕第二贴片121的扼流条带123可以将电流从第二贴片121耦合到扼流条带123上，使得低频辐射空间更加开放，从而降低了宽带GNSS天线的辐射Q值，扩展了宽带GNSS天线的工作带宽。需要说明的是，短路钉124可以分布在扼流条带123的端点，也可以分布在扼流条带123的中间，本申请对此不作具体限定。扼流条带的形状可以依据天线贴片的形状进行调整，例如，本申请实施例中扼流条带123为与第二贴片121形状相匹配的圆弧形结构。优选的，扼流条带123的数量为4个，且4个扼流条带123对称分布，长度为低频辐射单元120对应低频波长的四分之一。如此，可以使扼流条带与第二贴片的耦合效果更好，增加宽带GNSS天线的低频工作带宽。
本申请实施例中，由于容性单元131的数量设置为四个，因此短路钉124、第一探针113和第二探针133的数量也设置为四个。并且短路钉124、第一探针113和第二探针133均匀分布在两条正交的直径上。如此，可以使宽带GNSS天线在圆极化时形成稳定的相位中心，使天线的圆极化性能更好，测量精度更高。其中，短路钉124、第一探针113和第二探针133的数量可以根据容性单元131的数量进行调整。
本申请实施例中，介质基板的材料可以有多种，例如可以是聚四氟乙烯等复合材料。其中，高频辐射介质基板112的介电常数高于低频辐射介质基板122的介电常数，使得高频辐射介质基板112的直径小于低频辐射介质基版122的直径，进而低频辐射介质基板122上的第二贴片121可以有足够的辐射空间。低频辐射介质基板122的介电常数和低频馈电介质基板132的介电常数一致，使得低频辐射介质基板122和低频馈电介质基板132具有相同的直径，进而容性单元131和低频辐射单元120可以达到更好的耦合效果。
进一步的，在高频辐射单元110、低频辐射单元120、低频馈电单元130和接地板140的中心还设置用于安装螺钉的金属化过孔，用以增加宽带GNSS天线结构的牢靠性。
图2示例性的示出了本申请实施例提供的一种宽带GNSS天线的主视图。图3示例性的示出了本申请实施例提供的一种宽带GNSS天线的俯视图。图4示例性的示出了本申请实施例提供的一种宽带GNSS天线的整体图。
本申请实施例中提供的宽带GNSS天线接地板直径约为80mm，高频辐射单元110、低频辐射单元120、低频馈电单元130的厚度依次为4mm、2mm、4mm。相较于现有技术中110mm×14mm的GNSS天线，直径和厚度均有大幅减小。并且通过设置扼流环带和容性单元，可以在实现小型化、轻薄化的基础上拓宽GNSS天线的工作带宽，满足卫星导航定位的工作频段需求。
尽管已描述了本申请的优选实施例，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申请范围的所有变更和修改。
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 (10)
1.一种宽带GNSS天线，其特征在于，包括：自上而下依次层叠设置的高频辐射单元、低频辐射单元、低频馈电单元和接地板；
所述高频辐射单元通过探针实现直接馈电；
所述低频馈电单元包括低频馈电介质基板和贴附在所述低频馈电介质基板上表面的至少一个第三贴片；所述第三贴片的直径不大于所述低频辐射单元的低频波长的十分之一，从而形成容性单元，所述低频辐射单元通过所述容性单元实现耦合馈电。
2.根据权利要求1所述的宽带GNSS天线，其特征在于，所述高频辐射单元包括高频辐射介质基板和贴附在所述高频辐射介质基板上表面的第一贴片；
所述低频辐射单元包括低频辐射介质基板和贴附在所述低频辐射介质基板上表面的第二贴片。
3.根据权利要求2所述的宽带GNSS天线，其特征在于，所述高频辐射介质基板的介电常数高于所述低频辐射介质基板的介电常数；
所述低频辐射介质基板的介电常数和所述低频馈电介质基板的介电常数一致。
4.根据权利要求1所述的宽带GNSS天线，其特征在于，所述高频辐射单元、所述低频辐射单元、所述低频馈电单元和所述接地板为同一轴线的同心圆结构；
所述高频辐射单元的直径小于所述低频辐射单元的直径；
所述低频辐射单元的直径等于所述低频馈电单元的直径。
5.根据权利要求2所述的宽带GNSS天线，其特征在于，所述低频辐射单元、所述低频馈电单元和所述接地板均设置有对应的多个第一金属化过孔；所述高频辐射单元通过所述第一金属化过孔中的第一探针实现直接馈电。
6.根据权利要求5所述的宽带GNSS天线，其特征在于，所述低频馈电单元和所述接地板均设置有第二金属化过孔；
所述容性单元通过所述第二金属化过孔中的第二探针实现直接馈电；
所述低频辐射单元通过所述容性单元实现耦合馈电。
7.根据权利要求6所述的宽带GNSS天线，其特征在于，所述容性单元为圆形；所述容性单元的数量为4个，4个容性单元依次间隔90°均匀分布在所述低频馈电介质基板上。
8.根据权利要求6所述的宽带GNSS天线，其特征在于，所述低频辐射单元还设置有围绕所述第二贴片均匀分布的扼流条带，所述扼流条带通过短路钉与所述接地板连接。
9.根据权利要求8所述的宽带GNSS天线，其特征在于，所述扼流条带的长度为所述低频辐射单元对应低频波长的四分之一。
10.根据权利要求8所述的宽带GNSS天线，其特征在于，所述短路钉、所述第一探针和所述第二探针均匀分布在两条正交的直径上。
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2021
- 2021-11-25 CN CN202111413566.3A patent/CN113937501B/zh active Active
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Legal Events
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