CN114094315A

CN114094315A - 八臂螺旋双频圆极化天线

Info

Publication number: CN114094315A
Application number: CN202010858564.4A
Authority: CN
Inventors: 罗跃华
Original assignee: Qianxun Spatial Intelligence Inc
Current assignee: Qianxun Spatial Intelligence Inc
Priority date: 2020-08-24
Filing date: 2020-08-24
Publication date: 2022-02-25

Abstract

本申请涉及天线领域，公开了一种八臂螺旋双频圆极化天线。该八臂螺旋双频圆极化天线包括：相互独立的四条低频天线臂和四条高频天线臂，以及PCB上的一个馈电网络；所述馈电网络通过三个电桥及微带线实现一分四馈电网络，四路馈电输出满足等幅、相位逆时针依次滞后90度；在每路馈电微带线的末端包含一个低频馈电点、一个高频馈电点和一个短路支节；所述四条低频天线臂分别与四个低频馈电点连接，所述四条高频天线臂分别与四个高频馈电点连接。通过两组独立的四臂螺旋天线并且只用到一个馈电网络，PCB既提供馈电功能同时又作为天线的地，在获得优异的双频圆极化性能的同时又提高了天线增益，同时具有更低的实现成本。

Description

八臂螺旋双频圆极化天线

技术领域

本申请涉及天线领域，特别涉及一种八臂螺旋双频圆极化天线。

背景技术

终端双频RTK定位需要适合终端的双频GNSS天线，一般有以下要求：1)全向性，保证对卫星信号的覆盖接收；2)低轴比，提升RHCP增益，降低多径抑制；3)稳定的相位中心，满足双频RTK定位厘米/毫米级的精度要求；4)低成本，适合终端类产品的大量推广；5)结构形态适合终端产品集成。

当前终端产品中双频GNSS天线一般以叠层陶瓷/介质片为主，该类天线一般是通过单馈点/双馈点实现圆极化，其方向图不圆度，轴比均差于四馈电技术，圆极化带宽相对较窄，而将其做成四馈点则需要两副独立的馈电网络，会增加复杂度和成本，没有成本优势。并且，陶瓷或介质天线有一定的生产和调试成本。此外，普通四臂螺旋天线一般只能实现单一频率圆极化。

发明内容

本申请的目的在于提供一种八臂螺旋双频圆极化天线，通过两组独立的四臂螺旋天线并且只用到一个馈电网络，PCB既提供馈电功能同时又作为天线的地，在获得优异的双频圆极化性能的同时又提高了天线增益，同时具有更低的实现成本。

为解决上述技术问题，本发明的实施方式公开了一种八臂螺旋双频圆极化天线，包括：

相互独立的四条低频天线臂和四条高频天线臂，以及PCB上的一个馈电网络；

所述馈电网络通过三个电桥及微带线实现一分四馈电网络，四路馈电输出满足等幅、相位逆时针依次滞后90度；

在每路馈电微带线的末端包含一个低频馈电点、一个高频馈电点和一个短路支节；

所述四条低频天线臂分别与四个低频馈电点连接，所述四条高频天线臂分别与四个高频馈电点连接。

本发明实施方式与现有技术相比，主要区别及其效果在于：

通过两组独立的四臂螺旋天线并且只用到一个馈电网络，PCB既提供馈电功能同时又作为天线的地，在获得优异的双频圆极化性能的同时又提高了天线增益，同时具有更低的实现成本。

进一步地，通过PCB上的馈电网络实现馈电，且两组四臂螺旋相对独立，有利于减少耦合便于独立实现圆极化性能。

进一步地，通过两个高低频天线在PCB上同时馈电的方式，只需要一副馈电网络，从而降低了馈电网络复杂度和成本。

进一步地，采用低成本FPC材料上加工形成金属天线臂，FPC可绕卷成圆柱形，从而形成螺旋形的天线臂，替代普通陶瓷/介质材料，通过八条独立的天线臂和一个八馈点的馈电网络实现双频GNSS圆极化，每条天线臂可以弯折从而缩减尺寸。

进一步地，通过采用PCB上的3个宽频段电桥耦合器实现宽带圆极化馈电，有利于馈电网络的精度控制和可靠性；而天线臂螺旋结构通过在FPC材料上实现，精度高成本低，有利于保障性能一致性和批量生产。

进一步地，馈电网络的每路馈电位置同时连接高低频两个天线臂，同时在馈点附近有短的接地枝节，以实现对馈电阻抗匹配的调节。

进一步地，在每路馈电微带线的末端包含一个低频馈电点、一个高频馈电点和一个短路支节，分别用于实现低频天线臂的馈电、高频天线臂的馈电及阻抗匹配。

进一步地，PCB既提供馈电功能又充当了天线的地，在降低后向增益的同时提高了正向有用增益，更适合于替代典型如叠层陶瓷的平面型天线，且有更好的圆极化性能和更低的实现成本。

进一步地，采用低成本、可靠的PCB/FPC材料工艺实现双频圆极化天线。相较于传统螺旋天线多为柱状结构，而本发明为平面结构，可以实现更高的天线增益。

进一步地，通过新的材料和技术方案，降低双频GNSS天线的制造成本，同时改善天线的圆极化轴比/全向性。

本申请的说明书中记载了大量的技术特征，分布在各个技术方案中，如果要罗列出本申请所有可能的技术特征的组合(即技术方案)的话，会使得说明书过于冗长。为了避免这个问题，本申请上述发明内容中公开的各个技术特征、在下文各个实施方式和例子中公开的各技术特征、以及附图中公开的各个技术特征，都可以自由地互相组合，从而构成各种新的技术方案(这些技术方案均因视为在本说明书中已经记载)，除非这种技术特征的组合在技术上是不可行的。例如，在一个例子中公开了特征A+B+C，在另一个例子中公开了特征A+B+D+E，而特征C和D是起到相同作用的等同技术手段，技术上只要择一使用即可，不可能同时采用，特征E技术上可以与特征C相组合，则，A+B+C+D的方案因技术不可行而应当不被视为已经记载，而A+B+C+E的方案应当视为已经被记载。

附图说明

图1是根据本申请第一实施方式的一种八臂螺旋双频圆极化天线的结构示意图；

图2是根据本申请第一实施方式的一种八臂螺旋双频圆极化天线的馈电网络的结构示意图。

具体实施方式

在以下的叙述中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，本领域的普通技术人员可以理解，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本申请所要求保护的技术方案。

部分概念的说明：

圆极化：指天线发射/接收电磁波的电场矢量末端随时间变化轨迹为圆的一种极化方式。

FPC：柔性印刷电路，是以聚酰亚胺或聚酯薄膜为基材制成的一种具有高度可靠性，绝佳的可挠性印刷电路板。具有配线密度高、重量轻、厚度薄、弯折性好的特点。

PCB：印刷电路板，是重要的电子部件，是电子元器件的支撑体，是电子元器件电气连接的载体。

在本发明实施方式的描述中，属于“上”、“下”、“内”、“外”、等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的实施方式作进一步地详细描述。

本发明第一实施方式涉及一种八臂螺旋双频圆极化天线。

图1是该八臂螺旋双频圆极化天线的结构示意图，其中11表示天线臂，12表示PCB。

图2是该八臂螺旋双频圆极化天线的馈电网络的结构示意图。

具体地说，如图1和图2所示，该八臂螺旋双频圆极化天线，包括：

相互独立的四条低频天线臂和四条高频天线臂，以及PCB上的一个馈电网络。

通过PCB上的馈电网络实现馈电，且两组四臂螺旋相对独立，有利于减少耦合便于独立实现圆极化性能。

所述馈电网络通过三个电桥及微带线实现一分四馈电网络，四路馈电输出满足等幅、相位逆时针依次滞后90度。

在每路馈电微带线的末端包含一个低频馈电点、一个高频馈电点和一个短路支节。

具体地说，如图2所示，所述馈电网络通过三个3dB电桥及微带线实现一分四馈电网络，四路馈电输出满足等幅、相位逆时针依次滞后90度。在每一路馈电微带线的末端包含了一个低频馈电点、一个高频馈电点及一个短路支节，分别用于实现低频天线臂、高频天线臂的馈电及阻抗匹配。

馈电网络的每路馈电位置同时连接高低频两个天线臂，同时在馈电点附近有短的接地枝节，以实现对馈电阻抗匹配的调节。

通过两个高低频天线在PCB上同时馈电的方式，只需要一副馈电网络，从而降低了馈电网络复杂度和成本。

并且，PCB既提供馈电功能又充当了天线的地，在降低后向增益的同时提高了正向有用增益，更适合于替代典型如叠层陶瓷的平面型天线，且有更好的圆极化性能和更低的实现成本。通过采用PCB上的3个宽频段电桥耦合器实现宽带圆极化馈电，有利于馈电网络的精度控制和可靠性。

在本实施方式中，优选地，所述天线臂11为四分之一波长的螺旋天线臂。

需要说明的是，四分之一波长的螺旋天线臂只是本发明的一种优选实施方式，本发明并不以此为限。例如，也可以为二分之一波长等等。

不同长度的天线臂对应不同的天线结构尺寸。

现有技术中，传统螺旋天线臂多为柱状结构，而如图1所示，本申请的螺旋天线臂为平面结构，可以实现更高的天线增益。

进一步地，优选地，所述四条低频天线臂相互独立地设置在外侧的同一个空心圆柱面上，所述四条高频天线臂相互独立地设置在内侧的同一个空心圆柱面上。

更进一步地，优选地，所述空心圆柱面为FPC材料。

也就是说，在FPC材料上形成天线臂结构，FPC材料起到一个支撑作用。

陶瓷/介质叠层天线材料成本高，采用低成本的FPC材料可以有效降低天线成本。

采用低成本FPC材料上加工形成金属天线臂，FPC可绕卷成圆柱形，从而形成螺旋形的天线臂，替代普通陶瓷/介质材料，通过八条独立的天线臂和一个八馈点的馈电网络实现双频GNSS圆极化，每条天线臂可以弯折从而缩减尺寸。

天线臂螺旋结构通过在FPC材料上实现，精度高成本低，有利于保障性能一致性和批量生产。

并且，外侧的空心圆柱面和内侧的空心圆柱面同轴。换句话说，外侧的空心圆柱面和内侧的空心圆柱面的横截面为同心圆。

所述四条低频天线臂与所述四条高频天线臂分别相对地设置。也就是说，所述四条低频天线臂相互独立地设置在外侧的同一个空心圆柱面上，所述四条高频天线臂与该四条低频天线臂一一对应地设置在内侧的同一个空心圆柱面的对应位置上。

举个例子来说，假设所述四条低频天线臂与所述四条高频天线臂中，第一低频天线臂对应第一高频天线臂，第二低频天线臂对应第二高频天线臂，第三低频天线臂对应第三高频天线臂，第四低频天线臂对应第地高频天线臂。其中，第一低频天线臂与第一高频天线臂相对地设置，第一低频天线臂设置在外侧的空心圆柱面上，第一高频天线臂设置在内侧的空心圆柱面上，两者位置相对应。其余的低频天线臂与对应的高频天线臂也都如此设置。

在本实施方式中，所述低频天线臂和所述高频天线臂相对设置，高频与低频相对解耦的，方便天线的设计与调试。

与所述低频天线臂和所述高频天线臂的设置相对应，所述四个低频馈电点等间隔地设置在外侧的圆周线上，所述四个高频馈电点等间隔地设置在内侧的圆周线上。

并且，所述外侧的圆周线和所述内侧的圆周线为同心圆。

所述四个低频馈电点和所述四个高频馈电点分别相对地设置。也就是说，所述四个低频馈电点和所述四个高频馈电点一一对应地分别设置在所述外侧的圆周线和所述内侧的圆周线上。

具体地说，如图2所示，1、3、5、7为低频馈电点；2、4、6、8为高频馈电点。

更进一步地，优选地，每条独立的天线臂的一端与PCB上的馈电点连接，另一端开路。

具体地说，如图1所示，每条独立的天线臂在下端与PCB上的馈电点连接，另外一端是弯折后，直接开路。

综上所述，本发明通过采用低成本、可靠的PCB/FPC材料工艺实现双频圆极化天线。相较于传统螺旋天线多为柱状结构，而本发明为平面结构，可以实现更高的天线增益。通过新的材料和技术方案，降低双频GNSS天线的制造成本，同时改善天线的圆极化轴比/全向性。

为了能够更好地理解本说明书的技术方案，下面结合一个优选实施例来进行说明，该优选实施例中罗列的细节主要是为了便于理解，不作为对本申请保护范围的限制。

在该优选实施例中，一种八臂螺旋双频圆极化天线包括外侧四条低频天线臂和内侧四条高频天线臂，外侧四条低频天线臂与馈电网络上外侧四个馈电点连接，内侧四条天线臂与馈电网络上内侧四个馈电点连接。馈电网络包括三个电桥及走线和四个低频馈电点和四个高频馈电点，四个高频馈电点及四个低频馈电点都满足实现右旋圆极化所需的等幅、相位依次相差90度的信号要求。

特别地，外侧四个低频天线臂处于同一圆柱面上，内侧四个高频天线臂也处于同一圆柱面上，高低频天线臂可以分别用一个FPC材料低成本实现，替代了普通的叠层陶瓷或介质天线材料。

馈电网络的每路馈电位置同时连接高低频两个天线臂，同时在馈点附近有短的接地枝节，以实现对馈电阻抗匹配的调节。

需要说明的是，在本发明的另一个优选实施例中，可以将高低频天线臂集成到同一个圆柱面上，进而将八个天线臂集成到同一个FPC材料中，可进一步简化结构，减少FPC数量和成本。

需要说明的是，本发明各实施方式中提到的各元件或模块都是逻辑模块，在物理上，一个逻辑模块可以是一个物理模块，也可以是一个物理模块的一部分，还可以以多个物理模块的组合实现，这些逻辑模块本身的物理实现方式并不是最重要的，这些逻辑模块所实现的功能的组合才是解决本发明所提出的技术问题的关键。此外，为了突出本发明的创新部分，本发明上述各设备实施方式并没有将与解决本发明所提出的技术问题关系不太密切的模块引入，这并不表明上述设备实施方式并不存在其它的模块。

需要说明的是，本领域技术人员应当理解，上述各实施方式中所示的各元件或模块的功能可通过运行于处理器上的程序(可执行指令)而实现，也可通过具体的逻辑电路而实现。本说明书实施例的上述各装置如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本说明书实施例的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机、服务器、或者网络设备等)执行本说明书各个实施例所述方法的全部或部分。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read Only Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。这样，本说明书实施例不限制于任何特定的硬件和软件结合。

需要说明的是，在本专利的申请文件中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。本专利的申请文件中，如果提到根据某要素执行某行为，则是指至少根据该要素执行该行为的意思，其中包括了两种情况：仅根据该要素执行该行为、和根据该要素和其它要素执行该行为。多个、多次、多种等表达包括2个、2次、2种以及2个以上、2次以上、2种以上。

在本申请提及的所有文献都被认为是整体性地包括在本申请的公开内容中，以便在必要时可以作为修改的依据。此外应理解，在阅读了本申请的上述公开内容之后，本领域技术人员可以对本申请作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所要求保护的范围。

Claims

1.一种八臂螺旋双频圆极化天线，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的八臂螺旋双频圆极化天线，其特征在于，所述天线臂为四分之一波长的螺旋天线臂。

3.根据权利要求1所述的八臂螺旋双频圆极化天线，其特征在于，所述四条低频天线臂相互独立地设置在外侧的同一个空心圆柱面上，所述四条高频天线臂相互独立地设置在内侧的同一个空心圆柱面上。

4.根据权利要求3所述的八臂螺旋双频圆极化天线，其特征在于，所述空心圆柱面为FPC材料。

5.根据权利要求3所述的八臂螺旋双频圆极化天线，其特征在于，外侧的空心圆柱面和内侧的空心圆柱面同轴。

6.据权利要求5的八臂螺旋双频圆极化天线，其特征在于，所述四条低频天线臂与所述四条高频天线臂分别相对地设置。

7.根据权利要求1所述的八臂螺旋双频圆极化天线，其特征在于，所述四个低频馈电点等间隔地设置在外侧的圆周线上，所述四个高频馈电点等间隔地设置在内侧的圆周线上。

8.据权利要求7述的八臂螺旋双频圆极化天线，其特征在于，所述外侧的圆周线和所述内侧的圆周线为同心圆。

9.据权利要求8的八臂螺旋双频圆极化天线，其特征在于，所述四个低频馈电点和所述四个高频馈电点分别相对地设置。

10.根据权利要求1-9中任一项所述的八臂螺旋双频圆极化天线，其特征在于，每条独立的天线臂的一端与PCB上的馈电点连接，另一端开路。