CN113964509A - 一种gnss定位和nb-iot通信天线 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种GNSS定位和NB‑IOT通信天线，其技术特点是：包括天线基板及布设在天线基板上的辐射结构、馈电结构和匹配电路，所述辐射结构包括GNSS天线辐射结构和NB‑IOT天线辐射结构，所述GNSS天线辐射结构、NB‑IOT天线辐射结构及匹配电路共同连接馈电结构。本发明将GNSS天线辐射结构和NB‑IOT天线辐射结构通过馈电结构连接在一起并布设在天线基板上，实现了在可穿戴设备进行GNSS定位和NB‑IOT物联网通信功能，解决了现智能家居通信天线频段单一、尺寸较大，并且不能适用到不同产品中的问题，可广泛用于物联网智能家居与可穿戴设备。

Description

一种GNSS定位和NB-IOT通信天线
技术领域
本发明属于物联网技术领域，涉及物联网天线技术，尤其是一种GNSS定位和NB-IOT通信天线。
背景技术
为了实现万物互联功能，当今社会物联网智能家居与可穿戴设备的飞速发展，真正的智能生活已经慢慢进入到人们的生活当中。智能技术的应用离不开通信，通信的主要发射体就是天线，天线是无线信号发送与接收的的唯一途径。智能家居与可穿戴设备的大规模应用对天线技术的要求正在进一步提高，GNSS定位和NB-IOT(窄带物联网)天线的性能与天线的小型化是满足可穿戴设备通信的首要前提。
目前，市场上可穿戴设备使用的天线大致为柔性或硬质PCB天线、单频段陶瓷天线、钢片天线以及印刷电路板贴片天线等，上述天线由于尺寸及功能等原因，不能兼顾小型化尺寸与多频段要求。
因此如何为可穿戴设备提供具有定位及通信功能的多频智能天线是目前迫切需要解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种设计合理、性能稳定且效率高的GNSS定位和NB-IOT通信天线，解决现有天线频段单一、尺寸较大且难以满足穿戴设备使用的问题。
本发明解决现有的技术问题是采取以下技术方案实现的：
一种GNSS定位和NB-IOT通信天线，包括天线基板及布设在天线基板上的辐射结构、馈电结构和匹配电路，所述辐射结构包括GNSS天线辐射结构和NB-IOT天线辐射结构，所述GNSS天线辐射结构、NB-IOT天线辐射结构及匹配电路共同连接馈电结构。
进一步，所述GNSS天线辐射结构包括GNSS天线辐射结构的折线、GNSS天线辐射结构的延伸线和辐射长度调整电容，该GNSS天线辐射结构的折线为多段折线，各段折线呈等分完整状，所述GNSS天线辐射结构的折线通过辐射长度调整电容C1与GNSS天线辐射结构的延伸线连接在一起。
进一步，所述NB-IOT天线辐射结构包括NB-IOT天线辐射结构的折线、NB-IOT天线辐射结构的延伸线和辐射长度调整电容C2，该NB-IOT天线辐射结构的折线为多段折线，各段折线呈等分完整状，所述NB-IOT天线辐射结构的折线(106)通过辐射长度调整电容C2与NB-IOT天线辐射结构的延伸线连接在一起。
进一步，所述馈电结构包括一路信号馈电线路及与分布于信号馈线两边的两个地馈电线路，两个地馈电线路两端分别与天线基板主地、GNSS天线辐射结构、NB-IOT天线辐射结构以及信号馈电线路连接。
进一步，所述两个地馈电线路均为短路匹配。
进一步，所述匹配电路为天线阻抗匹配π型电路，该匹配电路由匹配电路电感L2、匹配电路电感L1及匹配电路电容C3连接构成。
进一步，所述电感L1、电感L2、电容C3均为0402封装，电感L1为6.8nh电感，电感L2为1nh电感，电容C3为0.5pf电容。
进一步，所述GNSS天线辐射结构与NB-IOT天线辐射结构为相向分布，所述NB-IOT天线辐射结构长度大于GNSS天线辐射结构。
进一步，所述GNSS天线辐射结构预设的谐振频率为1575.42±20MHz，所述NB-IOT天线辐射结构预设的谐振频率为880～960MHz。
进一步，所述天线基板包括辐射净空区域和金属地区域，所述辐射净空区域的尺寸为25×9mm。
本发明的优点和积极效果是：
1、本发明将GNSS天线辐射结构和NB-IOT天线辐射结构通过馈电结构连接在一起并布设在天线基板上，实现了在可穿戴设备进行GNSS定位和NB-IOT物联网通信功能，解决了现智能家居通信天线频段单一、尺寸较大，并且不能适用到不同产品中的问题，从而实现了多产品共用的目的。
2、本发明使用一个天线两个辐射区域代替陶瓷天线单频率的单一性，通过调整天线辐射位置电容可解决安装后频率变化的问题，克服了单纯传统PCB天线频率变化不可调整的劣势，有效地满足GNSS及NB-IOT通信要求。
3、本发明的GNSS天线辐射结构与NB-IOT天线辐射结构为相向分布，脱离PIFA及倒“F”天线的方正的形式，便于智能家具与可穿戴设备外观适用及安装。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的匹配电路原理图；
图3为使用本发明的VSWR测试性能图；
其中，101-匹配电路电感L2，102-匹配电路电感L1，103-匹配电路电容C3，104-辐射长度调整电容C1,105-辐射长度调整电容C2，106-NB-IOT天线辐射结构的折线，107-NB-IOT天线辐射结构的延伸线，108-GNSS天线辐射结构的延伸线，109-第一地馈电线路，110-第二地馈电线路，111-信号馈电线路，112-天线基板净空区域，113-金属地区域,114-GNSS天线辐射结构的折线，201-匹配电路，202-辐射长度调整电路，203-辐射长度调整电路。
具体实施方式
以下结合附图对本发明实施例做进一步详述。
本发明设计思想是：通过PCB基础天线加上特殊天线形式，并在天线辐射位置增加频率调整电容，达到不同频率整合及天线小型化且频率适用到不同产品中可调的目的。天线主要形式为半波阵子天线，主要辐射结构天线为对应频率的1/4λ波长天线，主地等效为另外的1/4λ。
基于上述设计思想，本发明提出一种GNSS定位和NB-IOT通信天线，如图1及图2所示，包括天线基板及布设在天线基板上的辐射结构、馈电结构和匹配电路。所述辐射结构包括GNSS天线辐射结构和NB-IOT天线辐射结构，所述馈电结构包括信号传输馈电结构和短路匹配结构，所述GNSS天线辐射结构和NB-IOT天线辐射结构及匹配电路共同连接馈电结构。
所述天线基板设有辐射净空区域(112)和金属地区域(113)。在本实施例中，净空区域(112)的尺寸为25*9mm，在净空区域(112)表面布置GNSS天线辐射结构和NB-IOT天线辐射结构，GNSS和NB-IOT天线理论需要的1/4λ波长分别为47.6mm和83.3mm，由此可见本发明的应用尺寸远小于理论尺寸，利于智能家居与小型化可穿戴设备使用。
所述GNSS天线辐射结构包括GNSS天线辐射结构的折线(114)、GNSS天线辐射结构的延伸线108和辐射长度调整电容C1(104)。该GNSS天线辐射结构的折线(114)为多段折线，各段折线呈等分完整状，所述GNSS天线辐射结构的折线(114)与GNSS天线辐射结构的延伸线108通过辐射长度调整电容C1(104)连接在一起。GNSS天线辐射结构产生与GNSS频率一致的谐振频率，起到GNSS通信作用。
所述NB-IOT天线辐射结构包括NB-IOT天线辐射结构的折线(106)、NB-IOT天线辐射结构的延伸线(107)和辐射长度调整电容C2(105)。NB-IOT天线辐射结构的折线(106)为多段折线，各段折线呈等分完整状，所述NB-IOT天线辐射结构的折线(106)、NB-IOT天线辐射结构的延伸线(107)通过辐射长度调整电容C2连接在一起。NB-IOT天线辐射结构产生与NB-IOT频率一致的谐振频率，起到NB-IOT通信作用。
在本实施例中，所述NB-IOT天线辐射结构长度大于GNSS天线辐射结构。
在本实施例中，GNSS天线辐射结构预设的谐振频率为1575.42±20MHz，所述NB-IOT天线辐射结构预设的谐振频率为880～960MHz。
在本实施例中，辐射长度调整电容C1(104)及辐射长度调整电容C2(105)均贴片电容，该电容器件可以调整由于组装环境不同导致的频率偏移的情况，通过变更电容值使得天线频率与GNSS和NB-IOT通信频率吻合。
所述馈电结构包括一路信号馈电线路(111)及与分布于信号馈线两边的地馈电线路(109、110)组成。所述地馈电线路(109,110)两端分别与天线基板主地、GNSS天线辐射结构、NB-IOT天线辐射结构以及信号馈电线路(111)连接。其中两个地馈电线路(109,110)均为短路匹配，起到天线阻抗匹配收敛的作用，作为IFA天线的主要地馈线。
本发明的匹配电路(201)为天线阻抗匹配π型电路，如图2所示，由匹配电路电感L2(102)、匹配电路电感L1(101)及匹配电路电容C3(103)连接构成，其中，电感L1、电感L2、电容C3的尺寸均为0402封装，电感L1为6.8nh电感，电感L2为1nh电感，电容C3为0.5pf电容。该匹配电路与信号馈电线路(111)(图中RF-IN)及第一辐射长度调整电路(202)和辐射长度调整电路(203)相连接。
在本实施例中，所述信号馈电线路RF-IN为50欧姆射频阻抗信号输入端口。
所述第一辐射长度调整电路(202)对应于图1中的GNSS天线辐射结构中的辐射长度调整电容C1(104)，该电容C1用于调整GNSS天线频率。第二辐射长度调整电路(203)对应于图1中的NB-IOT天线辐射结构中的辐射长度调整电容C2(105)，该电容C2用于调整NB-IOT天线频率，电容C1值为12pf，电容C2值为8.2pf。
将本发明安装在可穿戴设备上，可实现GNSS定位和NB-IOT物联网通信功能。经实际测试得到VSWR测试结果，如图3所示，从图中可以看出：本发明的VSWR数据，在GNSS频段，可以能够达到VSWR＝4以下的性能水平，平均情况满足在VSWR＝2。此VSWR性能情况可满足通信的正常收发能力。
需要强调的是，本发明所述的实施例是说明性的，而不是限定性的，因此本发明包括并不限于具体实施方式中所述的实施例，凡是由本领域技术人员根据本发明的技术方案得出的其他实施方式，同样属于本发明保护的范围。

Claims (10)

1.一种GNSS定位和NB-IOT通信天线，其特征在于：包括天线基板及布设在天线基板上的辐射结构、馈电结构和匹配电路，所述辐射结构包括GNSS天线辐射结构和NB-IOT天线辐射结构，所述GNSS天线辐射结构、NB-IOT天线辐射结构及匹配电路共同连接馈电结构。
2.根据权利要求1所述的一种GNSS定位和NB-IOT通信天线，其特征在于：所述GNSS天线辐射结构包括GNSS天线辐射结构的折线、GNSS天线辐射结构的延伸线和辐射长度调整电容，该GNSS天线辐射结构的折线为多段折线，各段折线呈等分完整状，所述GNSS天线辐射结构的折线通过辐射长度调整电容C1与GNSS天线辐射结构的延伸线连接在一起。
3.根据权利要求1所述的一种GNSS定位和NB-IOT通信天线，其特征在于：所述NB-IOT天线辐射结构包括NB-IOT天线辐射结构的折线、NB-IOT天线辐射结构的延伸线和辐射长度调整电容C2，该NB-IOT天线辐射结构的折线为多段折线，各段折线呈等分完整状，所述NB-IOT天线辐射结构的折线通过辐射长度调整电容C2与NB-IOT天线辐射结构的延伸线连接在一起。
4.根据权利要求1所述的一种GNSS定位和NB-IOT通信天线，其特征在于：所述馈电结构包括一路信号馈电线路及与分布于信号馈线两边的两个地馈电线路，两个地馈电线路两端分别与天线基板主地、GNSS天线辐射结构、NB-IOT天线辐射结构以及信号馈电线路连接。
5.根据权利要求4所述的一种GNSS定位和NB-IOT通信天线，其特征在于：所述两个地馈电线路均为短路匹配。
6.根据权利要求1所述的一种GNSS定位和NB-IOT通信天线，其特征在于：所述匹配电路为天线阻抗匹配π型电路，该匹配电路由匹配电路电感L2、匹配电路电感L1及匹配电路电容C3连接构成。
7.根据权利要求6所述的一种GNSS定位和NB-IOT通信天线，其特征在于：所述电感L1、电感L2、电容C3均为0402封装，电感L1为6.8nh电感，电感L2为1nh电感，电容C3为0.5pf电容。
8.根据权利要求1至7任一项所述的一种GNSS定位和NB-IOT通信天线，其特征在于：所述GNSS天线辐射结构与NB-IOT天线辐射结构为相向分布，所述NB-IOT天线辐射结构长度大于GNSS天线辐射结构。
9.根据权利要求1至7任一项所述的一种GNSS定位和NB-IOT通信天线，其特征在于：所述GNSS天线辐射结构预设的谐振频率为1575.42±20MHz，所述NB-IOT天线辐射结构预设的谐振频率为880～960MHz。
10.根据权利要求1至7任一项所述的一种GNSS定位和NB-IOT通信天线，其特征在于：所述天线基板包括辐射净空区域和金属地区域，所述辐射净空区域的尺寸为25×9mm。
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