CN114284756B - 一种北斗通信天线 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例提供一种北斗通信天线。包括：层叠设置的第一辐射体、第二辐射体和第三辐射体；第一辐射体用于接收区域短报文通信RDSS下行通信频段的电磁波信号；第二辐射体用于发射全球RDSS上行通信频段的电磁波信号和区域RDSS上行通信频段的电磁波信号；第三辐射体用于接收全球RDSS下行通信频段的电磁波信号。通过将第一辐射体、第二辐射体和第三辐射体集成在同一个天线中且层叠设置，在较少改变原有天线的重量和体积的同时，可以同时实现全球通信和区域通信。方法简单，提高了集成度，方便携带与使用。

Description

一种北斗通信天线
技术领域
本发明实施例涉及通信天线技术领域，尤其涉及一种北斗通信天线。
背景技术
随着北斗三号全球系统正式实现，北斗全球短报文通信(Radio DeterminationSatellite Service，RDSS)将是未来的重点方向。现有的北斗通信天线只包含S(2491.75MHz±8MHz)与L(1610MHz-1628MHz)两种通信频段。其中S为区域RDSS天线下行接收频段，L为区域RDSS天线上行发射频段。可以发现，这样的短报文通信天线只可用于区域短报文通信，而无法用于全球短报文通信，那么该北斗通信天线具有的通信功能就会收到限制。
综上，本发明实施例提供一种北斗通信天线，可以同时实现全球和区域通信。
发明内容
本发明实施例提供一种北斗通信天线，可以同时实现全球和区域通信。
第一方面，本发明实施例提供一种北斗通信天线，包括：层叠设置的第一辐射体、第二辐射体和第三辐射体；
所述第一辐射体用于接收区域短报文通信RDSS下行通信频段的电磁波信号；
所述第二辐射体用于发射全球RDSS上行通信频段的电磁波信号和区域RDSS上行通信频段的电磁波信号；
所述第三辐射体用于接收全球RDSS下行通信频段的电磁波信号。
通过将第一辐射体、第二辐射体和第三辐射体集成在同一个天线中且层叠设置，在较少改变原有天线的重量和体积的同时，可以同时实现全球通信和区域通信。方法简单，提高了集成度，方便携带与使用。具体地，第一辐射体可以接收区域下行通信频段的电磁波信号，第二辐射体可以发射区域上行通信频段的电磁波信号，那么该通信天线可以实现区域通信；第三辐射体可以接收全球下行通信频段的电磁波信号，第二辐射体可以发射全球上行通信频段的电磁波信号，那么该通信天线可以实现全球通信。如此，可以同时实现全球通信和区域通信。
可选地，所述北斗通信天线还包括扼流圈；
所述扼流圈环绕所述第一辐射体、所述第二辐射体和所述第三辐射体构成的天线辐射体设置；所述扼流圈用于降低所述北斗通信天线的低仰角增益。
现有通信天线对多径效应形成的干扰没有很好的措施，会因多径效应干扰而降低通信成功率。通过在天线辐射体周围设置扼流圈，通过扼流圈降低该通信天线的低仰角增益，从而起到抑制多径效应的作用。
可选地，所述扼流圈包括多个由内向外高度依次降低的槽，通过各槽的低仰角、槽宽和槽深使得所述扼流圈对所述区域RDSS下行通信频段和所述全球RDSS下行通信频段均达到抗多径效果。
由于本发明实施例提供的通信天线设置了第一辐射体和第三辐射体，分别用于接收区域RDSS下行通信频段和全球RDSS下行通信频段，因此需要对扼流圈的各项指标进行调整，以使该扼流圈对于区域RDSS下行通信频段和全球RDSS下行通信频段均达到抗多径效果。
可选地，所述扼流圈的相邻槽之间的低仰角相同、各槽的槽宽相等、各槽的槽壁宽相等以及各槽的槽深相等。
如此，抑制多径效应效果显著。
可选地，所述第一辐射体中设置有一个第一馈电点，所述第一辐射体的辐射面的设定对角被切除，从而实现右旋圆极化；或，
所述第一辐射体中设置有偶数个轴对称的第一馈电点，各第一馈电点信号振幅相等、相位按顺时针依次相差90°，从而实现右旋圆极化。
卫星发射的信号大部分都是右旋圆极化信号，该右旋圆极化信号若经过奇数次反射得到左旋圆极化信号，由于将第一辐射体设置为右旋圆极化，因此不会接收到经过奇数次反射得到的左旋圆极化信号；若该右旋圆极化信号经过偶数次反射得到右旋圆极化信号，由于右旋圆极化信号经偶数次反射得到的右旋圆极化信号强度本身较低，能被第一辐射体有效接收的很少。所以总体上来说，减少了北斗通信天线对多次反射的卫星信号的接收，降低多路径效应。
可选地，所述第二辐射体中设置有偶数个轴对称的第二馈电点，各第二馈电点信号振幅相等、相位按逆时针依次相差90°，从而实现左旋圆极化。
由于卫星接收的信号大部分都是左旋圆极化信号，因此将第二辐射体设置为能够接收左旋圆极化信号，可以提高第二辐射体接收卫星信号的成功率。
可选地，所述第三辐射体中设置有偶数个轴对称的第三馈电点，各第三馈电点信号振幅相等、相位按顺时针依次相差90°，从而实现右旋圆极化。
卫星发射的信号大部分都是右旋圆极化信号，该右旋圆极化信号若经过奇数次反射得到左旋圆极化信号，由于将第三辐射体设置为右旋圆极化，因此不会接收到经过奇数次反射得到的左旋圆极化信号；若该右旋圆极化信号经过偶数次反射得到右旋圆极化信号，由于右旋圆极化信号经偶数次反射得到的右旋圆极化信号强度本身较低，能被第三辐射体有效接收的很少。所以总体上来说，减少了北斗通信天线对多次反射的卫星信号的接收，降低多路径效应。
可选地，所述北斗通信天线还包括有源收发模块；
所述有源收发模块用于将待发送的全球RDSS上行频点信号或区域RDSS上行频点信号进行功率放大后，发送至所述第二辐射体；
所述第二辐射体用于将功率放大后的上行频点信号发射到卫星。
通过有源收发模块将待发送的上行频点信号进行功率放大，增加了上行频率信号的能量，从而能够通过第二辐射体将该上行频点信号发射到卫星。提高了发射上行频点信号的成功率。
可选地，所述有源收发模块还用于将所述第一辐射体接收的区域RDSS下行频点信号，和/或，所述第三辐射体接收的全球RDSS下行频点信号进行低噪声放大后输出。
通过将下行频点信号进行低噪声放大后输出，可以使之后的通信模块基于能量较大的下行频点信号进行分析。
可选地，所述北斗通信天线还包括天线罩和壳体。
天线罩与壳体配合可减轻环境对通信天线的影响，做到防水、防尘、防盐雾等。
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北斗通信天线的示意图；
图2为本发明实施例提供的另一种可能的北斗通信天线的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的一种可能的将辐射面的设定对角切除后的示意图；
图4为本发明实施例提供的一种可能的扼流圈的结构示意图；
图5为本发明实施例提供的一种可能的扼流圈的剖面图；
图6为本发明实施例提供的一种可能的有源收发模块的结构示意图；
图7为本发明实施例提供的一种北斗通信天线的整体结构图；
图8为本发明实施例提供的一种北斗通信天线的整体解剖效果图。
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。
本发明实施例提供一种可能的北斗短报文通信天线，如图1所示，该通信天线包括两个辐射体，分别为辐射体5和辐射体7，其中辐射体5为区域RDSS下行接收天线的介质辐射体，用于接收区域RDSS下行通信频段的电磁波信号，如S(2491.75MHz±8MHz)。4为区域RDSS下行接收天线的辐射面，在4上设置有1个馈点，即金属针1。辐射体7为区域RDSS上行接收天线的介质辐射体，用于发射区域RDSS上行通信频段的电磁波信号至卫星，如L(1610MHz-1628MHz)。6为区域RDSS上行接收天线的辐射面，在6上设置有2个馈点，即金属针2和3。
在图1中，金属针1的下部与PCB板连接，上部与辐射面4连接。金属针2和3的下部与PCB板连接，上部与辐射面6连接。
天线中上行发射辐射体与下行接收辐射体分别采用不同的辐射体。这样增加了两个通信频段的隔离度，有效地提高了天线性能。
在图1的例子中，该通信天线具有能够接收区域下行通信频段的电磁波信号的辐射体和能够发射区域上行通信频段的电磁波信号的辐射体。因此可以用于区域通信，但是不能用于全球通信。
图2示出了本发明实施例提供的另一种可能的通信天线的结构示意图。如图2所示，包括第一辐射体14、第二辐射体12和第三辐射体10。第一辐射体14为区域RDSS下行接收天线的介质辐射体，用于接收区域RDSS下行通信频段的电磁波信号，如S(2491.75MHz±8MHz)。15为区域RDSS下行接收天线的辐射面，在15上设置有1个馈点，即金属针9。第二辐射体12为全球和区域RDSS上行发射天线的介质辐射体，用于发射全球RDSS上行通信频段的电磁波信号和区域RDSS上行通信频段的电磁波信号，如L(1610MHz-1628MHz)。13为全球和区域RDSS上行发射天线的辐射面，在13上设置有4个馈点，即金属针5-8。第三辐射体10为全球RDSS下行接收天线的介质辐射体，用于接收全球RDSS下行通信频段的电磁波信号，如B2b(1207.14MHz±10.23MHz)。11为全球RDSS下行接收天线的辐射面，在11上设置有4个馈点，即金属针1-4。
在图2中，金属针1-4的下部与PCB板连接，上部与辐射面11连接。金属针5-8的下部与PCB板连接，上部与辐射面13连接。金属针9的下部与PCB板连接，上部与辐射面15连接。
在本发明实施例中，全球RDSS上行通信频段和区域RDSS上行通信频段共用一个上行发射天线，即第二辐射体1，区别在于通信时发射频点会有点区别。例如，第二辐射体的通信频段为L：1610MHz-1628MHz，又可划分为以下4个频点：Lf0:1615.68±4.08MHz，Lf1:1614.26±4.08MHz，Lf2：1618.34±4.08MHz，Lf3:1622.42±4.08MHz，Lf4：1627.524±4.08MHz。其中Lf0～Lf3是区域RDSS上行通信频点，Lf4是全球RDSS上行通信频点。因此区域RDSS上行通信信号和全球RDSS上行通信信号不会在通信过程中互相干扰。
本发明实施例提供的北斗通信天线中，第一辐射体可以采用单馈源设计，如图2所示的例子，也可以采用多馈源设计。若采用单馈源设计，则在第一辐射体14中设置有一个第一馈电点9，将第一辐射体的辐射面15的设定对角切除，从而实现右旋圆极化。如图3示出了一种可能的将辐射面的设定对角切除后的示意图。若采用多馈源设计，则在第一辐射体14中设置偶数个轴对称的第一馈电点，各第一馈电点信号振幅相等、相位按顺时针依次相差90°，从而实现右旋圆极化。
本发明实施例提供的北斗通信天线中，第二辐射体采用多馈源设计。如图2所示，在第二辐射体12中设置有偶数个轴对称的第二馈电点，如图2中的金属针5-8，各第二馈电点信号振幅相等、相位按逆时针依次相差90°，从而实现左旋圆极化。
本发明实施例提供的北斗通信天线中，第三辐射体采用多馈源设计。如图2所示，在第三辐射体10中设置有偶数个轴对称的第三馈电点，如图2中的金属针1-4，各第三馈电点信号振幅相等、相位按顺时针依次相差90°，从而实现右旋圆极化。
之所以设置第一辐射体和第三辐射体为右旋圆极化，第二辐射体为左旋圆极化，是由于一个旋向的天线只能接收相同旋向天线发射的信号。为了防止电磁波传播混乱，需要提前规定好。一般来说，卫星发射的信号为右旋信号，卫星接收的信号为左旋信号。因此第一辐射体和第三辐射体设置为右旋圆极化，可以更大效率地接收卫星的信号；第二辐射体设置为左旋圆极化，那么第二辐射体发射的信号可以更大效率地被卫星接收。
多路径效应是指天线接收到了除从北斗卫星发射后经过直线传播的电磁波信号之外的信号，比如接收到一个或多个由该电磁波经周围环境反射后的信号，而每个反射信号有可能是经过一次或多次反射后达到天线。不同强度、延时与相位状态的反射波均会引起不同程度的多路径效应，而多路径效应不仅严重影响着接收机对测量的准确度，还对通信信息有一定程度的干扰，影响通信成功率与通信质量。现有的北斗通信天线对多路径效应形成的干扰没有很好的措施，会因多路径效应干扰从而降低通信成功率。
随着4G(第四代移动通信技术，The 4th generation mobile communicationtechnology)、5G(第五代移动通信技术，The 5th generation mobile communicationtechnology)、V2X(车用无线通信技术，vehicle to X)等技术的快速发展，外界环境越来越复杂，对短报文通信天线下行接收频率影响越来越大，亟需对短报文通信天线中的下行频率进行抗多路径处理。
本发明实施例将第一辐射体和第三辐射体设置为右旋圆极化也可以在一定程度上多路径效应进行抑制。卫星发射的信号大部分都是右旋圆极化信号，该右旋圆极化信号若经过奇数次反射得到左旋圆极化信号，由于将第一辐射体和第三辐射体设置为右旋圆极化，因此不会接收到经过奇数次反射得到的左旋圆极化信号；若该右旋圆极化信号经过偶数次反射得到右旋圆极化信号，由于右旋圆极化信号经偶数次反射得到的右旋圆极化信号强度本身较低，能被第一辐射体和第三辐射体有效接收的很少。所以总体上来说，减少了北斗通信天线对多次反射的卫星信号的接收，降低多路径效应。
本发明实施例还提供另外一种降低多路径效应的方式。通过在第一辐射体、所述第二辐射体和所述第三辐射体构成的天线辐射体周围环绕设置扼流圈，扼流圈可以降低北斗通信天线的低仰角增益，从而降低多路径效应。
扼流圈包括多个由内向外高度依次降低的槽，图4示出了一种可能的扼流圈的结构示意图，图4中，从上至下依次为，第一辐射体、第二辐射体、第三辐射体和一个具有2个槽的扼流圈。图5示出了一种可能的扼流圈的剖面图，结合图4和图5，可知，该扼流圈具有一个中心和2个槽，中心半径r、槽宽w、槽深d、槽壁宽t、低仰角a如图5所示。
通过控制变量法对这几个参数进行分析，即在保持其他参数不变情况下，分析某个参数对天线指标与抗多路径能力的影响。经过实验表明，增加槽的个数会降低仰角增益，同时也会降低法向增益，由于法向增益也降低的较为明显，因此槽的个数变化对多路径抑制能力的影响不大，没必要通过增加槽个数来提升抗多路径能力。在天线尺寸不变的情况下，扼流圈中心半径r增大相当于天线接地板面积增大,表面波能量增多,天线效率下降,因此法向增益和低仰角增益均降低较为明显，所以扼流圈中心半径的变化对多径抑制能力的影响不大。增加槽宽w，会降低低仰角增益，但是不会明显降低法向增益，所以可适当加大槽宽来提高多径抑制效果。
实际上，在此基础上还需考虑槽壁宽t、槽深d、低仰角a等因素的影响，这都需要根据天线各个指标进行调整。由于本发明实施例提供的通信天线设置了第一辐射体和第三辐射体，分别用于接收区域RDSS下行通信频段和全球RDSS下行通信频段，因此需要对扼流圈的各项指标，例如中心半径r、槽的个数、槽宽w、槽壁宽t、槽深d、低仰角a等进行调整，以使该扼流圈对于区域RDSS下行通信频段和全球RDSS下行通信频段均达到抗多径效果。
经过实验发现，扼流圈的相邻槽之间的低仰角相同、各槽的槽宽相等、各槽的槽壁宽相等以及各槽的槽深相等时，该扼流圈的抗多路径效果显著。
可选地，本发明实施例提供的北斗通信天线还包括有源收发模块。有源收发模块用于将待发送的全球RDSS上行频点信号或区域RDSS上行频点信号进行功率放大后，发送至所述第二辐射体，以使第二辐射体将功率放大后的上行频点信号发射到卫星。
图6示出了一种可能的有源收发模块的结构示意图。如图6所示，当区域短报文通信时，通信模块从输入/输出端口输入含有通信信息的区域RDSS上行频点信号，该频点信号能量较低，经过有源收发模块将信号放大到所需要的功率，然后到达第二辐射体，即图中的上行L发射-无源辐射体，通过第二辐射体传播到天上卫星。同理，全球短报文通信时，采用相同的方式将通信信息传播到卫星。
当第一辐射体，即图中的下行S接收-无源辐射体接收到来自卫星的区域RDSS下行频点信号时，扼流圈增强整体天线的抗多路径能力，将区域RDSS下行频点信号传输至有源收发模块，有源收发模块进行低噪声放大后通过输入/输出端口输出至通信模块，同理，当第三辐射体，即图中的下行B2b接收-无源辐射体接收到来自卫星的全球RDSS下行频点信号时，采用相同的方式将通信信息传播到通信模块。
图7示出了本发明实施例提供的北斗通信天线的整体结构图，图8为本发明实施例提供的北斗通信天线的整体解剖效果图。结合图7和图8，该通信天线由天线罩、天线辐射体、有源收发模块、扼流圈、壳体等几部分组成。其中天线罩与壳体配合可减轻环境对天线的影响，做到防水、防尘、防盐雾等。天线辐射体包括第一辐射体、第二辐射体和第三辐射体，天线辐射体是为往外界接收或发射电磁波，传播通信能量。有源收发模块是对信号进行一定程度的处理。扼流圈是为提高天线抗多路径能力。这些部件组成一个完整的抗多路径干扰的全球和区域短报文通信天线。
本发明实施例提供的通信天线在天线的重量和尺寸没有很大的增加的基础上，既能兼容北斗区域短报文通信和全球短报文通信，增加响应的频点，又可以抑制下行频点的多径效应，将这些功能通过一组通信天线来实现，方便携带与使用，减少复杂度，提高了通信天线的集成度。
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 (7)

1.一种北斗通信天线，其特征在于，包括：层叠设置的第一辐射体、第二辐射体和第三辐射体；
所述第一辐射体用于接收区域RDSS下行通信频段的电磁波信号；
所述第二辐射体用于发射全球RDSS上行通信频段的电磁波信号和区域RDSS上行通信频段的电磁波信号；
所述第三辐射体用于接收全球RDSS下行通信频段的电磁波信号；
所述北斗通信天线还包括扼流圈；
所述扼流圈环绕所述第一辐射体、所述第二辐射体和所述第三辐射体构成的天线辐射体设置；所述扼流圈用于降低所述北斗通信天线的低仰角增益；
所述扼流圈包括多个由内向外高度依次降低的槽，通过各槽的低仰角、槽宽和槽深使得所述扼流圈对所述区域RDSS下行通信频段和所述全球RDSS下行通信频段均达到抗多径效果；
所述扼流圈的相邻槽之间的低仰角相同、各槽的槽宽相等、各槽的槽壁宽相等以及各槽的槽深相等。
2.如权利要求1所述的天线，其特征在于，所述第一辐射体中设置有一个第一馈电点，所述第一辐射体的辐射面的设定对角被切除，从而实现右旋圆极化；或，
所述第一辐射体中设置有偶数个轴对称的第一馈电点，各第一馈电点信号振幅相等、相位按顺时针依次相差90°，从而实现右旋圆极化。
3.如权利要求1所述的天线，其特征在于，所述第二辐射体中设置有偶数个轴对称的第二馈电点，各第二馈电点信号振幅相等、相位按逆时针依次相差90°，从而实现左旋圆极化。
4.如权利要求1所述的天线，其特征在于，所述第三辐射体中设置有偶数个轴对称的第三馈电点，各第三馈电点信号振幅相等、相位按顺时针依次相差90°，从而实现右旋圆极化。
5.如权利要求1所述的天线，其特征在于，所述北斗通信天线还包括有源收发模块；
所述有源收发模块用于将待发送的全球RDSS上行频点信号或区域RDSS上行频点信号进行功率放大后，发送至所述第二辐射体；
所述第二辐射体用于将功率放大后的上行频点信号发射到卫星。
6.如权利要求5所述的天线，其特征在于，所述有源收发模块还用于将所述第一辐射体接收的区域RDSS下行频点信号，和/或，所述第三辐射体接收的全球RDSS下行频点信号进行低噪声放大后输出。
7.如权利要求1所述的天线，其特征在于，所述北斗通信天线还包括天线罩和壳体。
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