CN114094320A - 一种gnss天线及组合天线 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种GNSS天线及组合天线，包括：包括介质板材、辐射体、多个pin针、扼流环和PCB板；扼流环的一端固定于PCB板的一面，扼流环的另一端与介质板材的一面连接；用于使PCB板与介质板材之间形成空间；辐射体设置于介质板材的另一面上；多个pin针设置在PCB板与介质板材之间形成的空间，多个pin针的一端与介质板材的一面连接；多个pin针的另一端与PCB板的一面的馈电网络连接，实现辐射体与PCB板的馈电网络之间的辐射信号传输。通过扼流环使PCB板与介质板材之间形成空间，相当于该空间内的空气作为介质，以此减少GNSS天线中介质板材的厚度，降低所需介质板材的重量，进而降低GNSS天线的重量。

Description

一种GNSS天线及组合天线

技术领域

本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种GNSS天线及组合天线。

背景技术

随着全球导航卫星系统的快速发展，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。传统的全球定位系统GPS已经逐步转变为各个导航系统兼容并存的全球卫星系统(GNSS)时代。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多频段天线成为趋势。

现有的GNSS(Global Navigation Satellite System，全球导航卫星系统)多频段组合天线一般采用平面堆叠结构，每一层负责一个辐射频段(包括低频段和高频段)，如第一层用于负责低频段辐射，第二层用于负责高频段辐射，通过多层组合的方式实现用于多频段辐射的组合天线。

但上述技术方案中，两层的辐射体一般由两块实心无源板堆叠组合，导致组合天线重量大，装配复杂。

发明内容

本发明实施例提供一种GNSS天线及组合天线，用于通过使PCB板与介质板材之间以空气为介质，减小组合天线的重量。

第一方面，本发明实施例提供一种GNSS天线，包括介质板材、辐射体、多个pin针、扼流环和PCB板；

所述扼流环的一端固定于所述PCB板的一面，所述扼流环的另一端与所述介质板材的一面连接；用于使所述PCB板与所述介质板材之间形成空间；

所述辐射体设置于所述介质板材的另一面上，用于兼容各频段的辐射信号；

所述多个pin针设置在所述PCB板与所述介质板材之间形成的空间，所述多个pin针的一端与所述介质板材的一面连接，实现所述多个pin针与所述辐射体的馈电点电连接；

所述多个pin针的另一端与所述PCB板的一面的馈电网络连接，实现所述辐射体与所述PCB板的馈电网络之间的辐射信号传输。

上述技术方案中，通过扼流环使PCB板与介质板材之间形成空间，相当于该空间内的空气作为介质，从而减少了介质板材厚度，降低了所需介质板材的重量，进而降低了GNSS天线的重量；在该空间内，通过多个pin针实现辐射体与PCB板的馈电网络之间的数据交互，保证了GNSS天线负责多频段的辐射信号。

可选的，所述辐射体包括第一辐射体和第二辐射体；

所述第一辐射体与所述第二辐射体处于同一水平面；

所述第一辐射体设置于所述介质板材的一面的中心；

所述第二辐射体设置于所述介质板材的一面的边缘；

所述第一辐射体与所述第二辐射体之间设有预设间隔。

上述技术方案中，第一辐射体和第二辐射体用于负责不同频段的辐射信号；通过使第一辐射体与第二辐射体处于同一水平面，实现负责不同频段的第一辐射体与第二辐射体在同一个介质板材上，以此降低GNSS天线的装配难度，降低GNSS天线的重量；通过第一辐射体与第二辐射体之间设有预设间隔，优化第一辐射体和第二辐射体对应的在频带上的中心频点，从而优化频带增益效果。

可选的，所述第一辐射体的边缘由多个弧形的第一边缘组成；

所述第二辐射体的边缘由多个矩形的第二边缘组成。

上述技术方案中，可以通过第一边缘的数量、弧度来优化第一辐射体在频带上的中心频点，从而优化第一辐射体的频带增益效果；通过第二边缘的数量、矩形的长度和宽度来优化第二辐射体在频带上的中心频点，从而优化第二辐射体的频带增益效果。

可选的，所述第一辐射体设有多个第一馈电点；

所述第二辐射体设有多个第二馈电点和多个接地点；所述多个第一馈电点、所述多个第二馈电点和所述多个接地点与多个pin针一一对应。

上述技术方案中，通过第一馈电点的数量优化第一辐射体在频带上的中心频点，从而优化第一辐射体的频带增益效果；通过第二馈电点的数量来优化第二辐射体在频带上的中心频点，从而提高组合天线的相位中心的稳定性。

可选的，所述介质板材的边缘设有多个卡槽；

所述扼流环包括多个扼流齿；部分扼流齿设有卡扣；所述卡扣与卡槽一一对应的连接，实现所述介质板材固定于所述扼流环的另一端。

上述技术方案中，通过多个卡扣与多个卡槽一一对应的连接，使介质板材固定于扼流环的另一端，增加了组合天线的结构稳定性；且通过扼流齿的数量可以优化组合天线抗多径效应的能力。

可选的，扼流齿为梯形；所述扼流齿的高度高于辐射体所在平面。

上述技术方案中，扼流齿的高度大于介质板材与PCB板之间的距离，以此提高GNSS天线的波束宽度和低仰角增益、轴比性能，改善GNSS天线的带宽、低仰角以及轴比等性能指标。

可选的，还包括信号处理模块和数据传输端口；所述信号处理模块和所述数据传输端口设置于所述PCB板的另一面；所述信号处理模块包括射频电路、定位模块和电源模块；所述射频电路和所述定位模块用于输出定位信息；所述数据传输端口用于提供外接数据。

现有技术中，在天线输出射频信号后，需通过集成在后端仪器上的定位模块处理，才能得到具体的定位信息。但天线和后端仪器是分开独立的，通过射频线缆或者接头相互连接实现信息传输，这种方式对输出的射频信号有损耗，容易产生电磁干扰。

本发明通过将具有定位模块的信号处理模块和数据传输端口设置在组合天线中，可以直接输出定位信息，从而避免现有技术中通过射频线缆或者接头相互连输出定位信息时产生的损耗及电磁干扰，提高了定位信息的准确性。

可选的，还包括屏蔽罩；所述屏蔽罩设置于所述PCB板的另一面；所述信号处理模块设置所述屏蔽罩与所述PCB板的另一面形成的空间内。

上述技术方案中，通过屏蔽罩减少射频信号的干扰和损耗，提高输出定位信息的准确性。

第二方面，本发明实施例提供一种组合天线，包括上述第一方面所述的GNSS天线和物联网天线；所述物联网天线设置于所述PCB板的一面；所述物联网天线至少包括以下一种天线：

WiFi天线、蓝牙天线、Zegbee天线和4G天线。

上述技术方案中，WiFi天线、蓝牙天线、Zegbee天线和4G天线设置在PCB板上，相对于现有技术中物联网天线集成在介质板材侧边，提高了物联网天线与GNSS天线的隔离度，因此可以减小WiFi天线、蓝牙天线、Zegbee天线和4G天线对第一辐射体和第二辐射体在带宽、轴比以及低仰角性能上的影响，提升了物联网天线连接的稳定性。

可选的，所述WiFi天线、所述蓝牙天线、所述Zegbee天线和所述4G天线的天线类型为偶极子天线。

现有技术中物联网天线的天线类型一般为pifa类型天线，通过将WiFi天线、蓝牙天线、Zegbee天线和4G天线的天线类型设为偶极子天线，以提升组合天线的频带增益效果。

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GNSS天线的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种GNSS天线的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的一种GNSS天线的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的一种GNSS天线的结构示意图；

图5为本发明实施例提供的一种输出定位信息的示意图。

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。

随着全球导航卫星系统的快速发展，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。传统单一的美国全球定位系统GPS已经逐步转变为各个导航系统兼容并存的全球卫星系统(GNSS)时代。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。其中GPS频点有L1(1575.42MHz)、L2(1227.6MHz)和L5(1176.45MHz)；GLONASS频点有G1(1602MHz)、G2(1246MHz)和G3(1204.704MHz)；GALILEO频点有E1(1575.42MHz)、E6(1278.75MHz)和E5(1191.795MHz)；BDS频点有B1(1561.098MHz)、B2(1207.14MHz)和B3(1268.52MHz)。

本发明实施例将频率从1150MHz到1300MHz频段定义为低频段，从1525MHz到1660MHz频段定义为高频段；需要说明的是，本发明实施例不对低频段和高频段的范围值做具体限定。

基于上述所述，高、低频段覆盖了卫星导航系统的可用频段。为了覆盖上述范围的带宽，现有技术研发了一种多频段组合天线。

现有的多频段组合天线一般采用平面堆叠结构，每一层负责一个辐射频段，4G和wifi/Zegbee蓝牙天线一般放在第二层的侧边，通过多层组合的方式实现覆盖多频段。

但是现有技术中的多频段组合天线一般是由两块实心无源板堆叠组合，导致GNSS多频段组合天线重量大，装配复杂；且4G和wifi/蓝牙/Zegbee天线放在第二层的侧边，导致第二层GNSS天线的轴比、带宽以及低仰角等天线指标恶化。

另外，现有技术中的多频段组合天线只输出上述频段的射频信号，无法输出定位信息；用于输出定位信息的定位模块集成在导航定位终端机器上，也就是说，多频段组合天线和定位模块两者独立设置，需要通过射频线缆或者接头，将多频段组合天线接收的射频信号传输到定位模块。

因此，现有技术输出定位信息的方法容易因为信号屏蔽、干扰等原因导致最终的定位信息异常、影响定位信息的准确性。

因此，现亟需一种组合天线，来降低组合天线重量大，装配复杂程度；减少4G和wifi/蓝牙/Zegbee天线对多频段组合天线带宽、轴比以及低仰角增益的影响；避免输出定位信息的干扰问题，提高多频段组合天线的抗干扰能力，提升定位信息的准确性。

图1示例性的示出了本发明实施例提供的一种GNSS天线的结构示意图，该GNSS天线包括介质板材110、辐射体120、多个pin针130、扼流环140和PCB板150。

其中，扼流环140的一端固定于PCB板150的一面，扼流环140的另一端与介质板材110的一面连接；用于使PCB板150与介质板材110之间形成空间；辐射体120设置于介质板材110的另一面上，用于兼容各频段的辐射信号；多个pin针130设置在PCB板150与介质板材100之间形成的空间，多个pin针130的一端与介质板材110的一面连接，实现多个pin针130与辐射体120的馈电点电连接；多个pin针130的另一端与PCB板150的馈电网络一面连接，实现辐射体与PCB板150的馈电网络之间的辐射信号传输。

本发明实施例中，介质板材110的厚度为1.5mm，而现有技术中的介质板材一般为10mm以上，因此本发明的GNSS天线减少了重量。

进一步地，扼流环140与PCB板150之间可以通过焊接来实现固定，或者通过螺栓连接等方式，在此不做具体限定。

针对于多个pin针130与PCB板150之间的连接，在一种可实施的方式中，通过在PCB板150上设置焊点，通过焊点与多个pin针130电连接。

在本发明实施例中，在扼流环140范围内的PCB板150上设置金属片，通过金属片与多个pin针130电连接，如金属片的材料为铜。

为了更好的显示辐射体的结构，图2示例性的示出了一种GNSS天线的结构示意图，如图2所示，辐射体120包括第一辐射体121和第二辐射体122；其中，第一辐射体121与第二辐射体122处于同一水平面；第一辐射体121设置于介质板材110的一面的中心；第二辐射体设置于所述介质板材110的一面的边缘；第一辐射体121与第二辐射体122之间设有预设间隔123。其中，预设间隔123用于优化第一辐射体121与第二辐射体122在频带上的中心频点的大小，进而优化GNSS天线的增益效果和轴比指标。

在本发明实施例中，第一辐射体121用于负责上述高频段辐射，第二辐射体122用于负责上述低频段辐射。

进一步地，如图2所示，第一辐射体121的边缘由多个弧形的第一边缘组成；第二辐射体122的边缘由多个矩形的第二边缘组成。也就是说，第一辐射体121有多个向外生出的弧形枝节，第二辐射体122有多个向外生出的矩形枝节，在本发明实施例中，弧形枝节为8个，矩形枝节为24个；其中，枝节的数量和向外伸出的长度影响辐射体在频带内的中心频点的大小，从而影响GNSS天线的频带增益效果。

由图2所示，辐射体还设有馈电点，具体的，第一辐射体121设有多个第一馈电点1211；第二辐射体122设有多个第二馈电点1221和多个接地点1222；个第一馈电点1211、多个第二馈电点1221和多个接地点1222与多个pin针130一一对应。

在本发明实施例中，第一馈电点1211的数量为4，围绕着GNSS天线的中心，以90°为间隔均匀分布；第二馈电点1221的数量为4，围绕着GNSS天线的中心，以90°为间隔均匀分布；接地点1222的数量为8，围绕着GNSS天线的中心，以45°为间隔均匀分布。其中，第一馈电点1211、第二馈电点1221和接地点1222与GNSS天线的中心之间的距离为预设距离，如1mm等，在此不做具体限定。

为了更好的显示pin针的结构，图3示例性的示出了一种GNSS天线的结构示意图，如图3所示，多个pin针130设置在PCB板150上，其中，多个pin针130的位置与第一馈电点1211、第二馈电点1221和接地点1222相对应；以实现辐射信号的传输。

针对于介质板材110与扼流环140之间的连接，如图2和图3所示，介质板材110的边缘设有多个卡槽111；扼流环140包括多个扼流齿141；多个扼流齿141中的部分扼流齿设有卡扣142；卡扣142与卡槽111一一对应的连接，实现介质板材110固定于扼流环140的另一端。

在本发明实施例中，介质板材110的边缘设有8个卡槽111，扼流环140中8个扼流齿141设有卡扣142，从而实现介质板材110与扼流环140之间装配连接；在一种可实施的方式中，卡槽111与卡扣142装配后，可通过焊锡焊接，以此提高GNSS天线的结构稳定性。

进一步地，扼流齿141为梯形；如图1所示，扼流齿141的高度大于介质板材与PCB板之间的距离。

具体的，以图1为例，扼流齿的高度141高于第一辐射体和第二辐射体所在平面的高度，以此提GNSS天线的波束宽度和低仰角增益、轴比性能，改善GNSS天线的带宽、低仰角以及轴比等性能指标。

本发明中扼流齿141的数量为24，需要说明的是，本发明实施例中所述的扼流齿141数量、枝节数量、馈电点数量和接地点数量均是通过实际检测确定的优选数量，但并不对数量进行具体限定。

本发明实施例中，GNSS天线上还设有输出定位信息的信号处理模块，该信号处理模块设置于PCB板150的另一面，并由屏蔽罩遮盖；具体的，图4示例性的示出了一种GNSS天线的结构示意图，如图4所示，屏蔽罩170设置于PCB板150的另一面，屏蔽罩170与PCB板150的另一面形成内部空间；信号处理模块设置于屏蔽罩170与PCB板150形成的空间内。

进一步地，信号处理模块包括射频电路、定位模块和电源模块，其中，射频电路和定位模块用于输出定位信息；具体的，图5为本发明实施例示例性提供的一种输出定位信息的示意图，如图5所示，以GNSS天线510的高频辐射信号和低频辐射信号作为待定位信号，将待定位信号先经过射频电路520中对应频段(高、低频段)的前置滤波器实现前置滤波，以滤除干扰信号；然后经过LNA(low noise amplifier，低噪声放大器)进行信号放大。

将待定位信号放大之后，将放大后的待定位信号经过后置滤波器实现后置滤波；再将后置滤波后的待定位信号通过高低频合路器进行合路；最后通过LNA对待定位信号再次进行放大，从而使通过射频电路520得到的待输入信号满足定位模块输入端口的信号强度。

将射频电路520得到的待输入信号输入至定位模块530，输出定位信息，其中，电源模块540用于对射频电路520和定位模块530提供电源。从而避免现有技术中通过射频线缆或者接头相互连输出定位信息时产生的损耗及电磁干扰，提高了定位信息的准确性。

如图4所示，PCB板150的另一面还设置有数据传输端口，数据传输端口包括WiFi端口、4G-1、4G-2、Tx、Dx、GND和Vcc端口；其中，WiFi端口用于收发WiFi天线、蓝牙天线和Zegbee天线的信号；4G-1和4G-2端口用于对应的收发上述图2中所示的两条4G天线的信号；Tx和Dx端口用于收发定位信息以及定位模块530的配置参数；GND和Vcc端口用于为组合天线和信号处理模块提供电源。

示例性的，本发明基于上述GNSS天线，提供一种组合天线，该组合天线包括上述GNSS天线和物联网天线；该物联网天线设置于PCB板的一面，以此减小物联网天线对第一辐射体121和第二辐射体122的带宽、轴比以及低仰角性能的影响；其中，物联网天线至少包括以下一种天线：WiFi天线、蓝牙天线、Zegbee天线和4G天线。

如图2所示，集成于WiFi天线、蓝牙天线和Zegbee天线的天线161设置于PCB板150的边缘；4G天线162为两条，对称性的设置在PCB板150的边缘。

进一步地，WiFi天线、蓝牙天线、Zegbee天线和4G天线162的天线类型为偶极子天线，以提升组合天线的频带增益效果。

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GNSS天线，其特征在于，包括介质板材、辐射体、多个pin针、扼流环和PCB板；

所述扼流环的一端固定于所述PCB板的一面，所述扼流环的另一端与所述介质板材的一面连接；用于使所述PCB板与所述介质板材之间形成空间；

所述辐射体设置于所述介质板材的另一面上，用于兼容各频段的辐射信号；

所述多个pin针设置在所述PCB板与所述介质板材之间形成的空间，所述多个pin针的一端与所述介质板材的一面连接，实现所述多个pin针与所述辐射体的馈电点电连接；

所述多个pin针的另一端与所述PCB板的一面的馈电网络连接，实现所述辐射体与所述PCB板的馈电网络之间的辐射信号传输。

2.如权利要求1所述的GNSS天线，其特征在于，所述辐射体包括第一辐射体和第二辐射体；

所述第一辐射体与所述第二辐射体处于同一水平面；

所述第一辐射体设置于所述介质板材的一面的中心；

所述第二辐射体设置于所述介质板材的一面的边缘；

所述第一辐射体与所述第二辐射体之间设有预设间隔。

3.如权利要求2所述的GNSS天线，其特征在于，所述第一辐射体的边缘由多个弧形的第一边缘组成；

所述第二辐射体的边缘由多个矩形的第二边缘组成。

4.如权利要求2所述的GNSS天线，其特征在于，所述第一辐射体设有多个第一馈电点；

所述第二辐射体设有多个第二馈电点和多个接地点；所述多个第一馈电点、所述多个第二馈电点和所述多个接地点与多个pin针一一对应。

5.如权利要求1所述的GNSS天线，其特征在于，所述介质板材的边缘设有多个卡槽；

所述扼流环包括多个扼流齿；部分扼流齿设有卡扣；所述卡扣与卡槽一一对应的连接，实现所述介质板材固定于所述扼流环的另一端。

6.如权利要求5所述的GNSS天线，其特征在于，扼流齿为梯形；所述扼流齿的高度高于辐射体所在平面。

7.如权利要求1所述的GNSS天线，其特征在于，还包括信号处理模块和数据传输端口；所述信号处理模块和所述数据传输端口设置于所述PCB板的另一面；所述信号处理模块包括射频电路、定位模块和电源模块；所述射频电路和所述定位模块用于输出定位信息；所述数据传输端口用于提供外接数据。

8.如权利要求7所述的GNSS天线，其特征在于，还包括屏蔽罩；所述屏蔽罩设置于所述PCB板的另一面；所述信号处理模块设置所述屏蔽罩与所述PCB板的另一面形成的空间内。

9.一种组合天线，其特征在于，包括如权利要求1至8任一项所述的GNSS天线和物联网天线；所述物联网天线设置于PCB板的一面；所述物联网天线至少包括以下一种天线：

WiFi天线、蓝牙天线、Zegbee天线和4G天线。

10.如权利要求9所述的组合天线，其特征在于，所述WiFi天线、所述蓝牙天线、所述Zegbee天线和所述4G天线的天线类型为偶极子天线。

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