CN114512813A - 圆极化天线和导航设备 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种圆极化天线和导航设备，宽带功分单元与馈电网络电连接，宽带功分单元与馈电网络电连接，馈电网络与第二辐射单元电连接，第二辐射单元与第一辐射单元耦合连接；其中，第一辐射单元包括低频环形辐射片和高频环形辐射片，低频环形辐射片和高频环形辐射片为同心环形，且低频环形辐射片为慢波结构。基于此结构，实现了圆极化天线对导航全频段的覆盖。且该结构可以使得天线保证低频的同时减小尺寸，从而使得整个圆极化天线实现小型化。

Description

圆极化天线和导航设备

技术领域

本申请涉及天线技术领域，特别是涉及一种圆极化天线和导航设备。

背景技术

全球卫星导航定位系统(Global Navigation Satellite System，GNSS)是一种以卫星为基础的无线电导航系统。

通常情况下为了更好的接收GNSS信号，导航定位天线的设计需要在多方面有诸多严苛的要求，然而，现有技术中缺乏一种尺寸小且超宽频覆盖的天线。

发明内容

基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种圆极化天线和导航设备，能够实现超宽频覆盖同时减小天线尺寸。

第一方面，本申请提供了一种圆极化天线，该圆极化天线包括自上而下设置的第一辐射单元、第二辐射单元、馈电网络和宽带功分单元；宽带功分单元与馈电网络电连接，馈电网络与第二辐射单元电连接，第二辐射单元与第一辐射单元耦合连接；

宽带功分单元用于将接收到的射频信号转换为满足圆极化要求的四路子信号；馈电网络用于将四路子信号馈入第二辐射单元，以使第二辐射单元与第一辐射单元耦合馈电；

其中，第一辐射单元包括低频环形辐射片和高频环形辐射片，低频环形辐射片和高频环形辐射片为同心环形，且低频环形辐射片为慢波结构，低频环形辐射片和高频环形辐射片在耦合馈电时产生的频率对应的带宽大于或等于导航全频段带宽。

在其中一个实施例中，慢波结构为折线形状，且折线上相邻折点之间的间距为1mm。

在其中一个实施例中，低频环形辐射片的内直径为50mm，低频环形辐射片的外直径为56.8mm；高频环形辐射片的内直径为34mm，高频环形辐射片的外直径为42mm。

在其中一个实施例中，低频环形辐射片和高频环形辐射片铺设在第一印制电路板上表面。

在其中一个实施例中，第二辐射单元包括四个凹槽结构的辐射贴片，四个凹口结构的辐射贴片对称铺设在第二印制电路板的上表面，且相邻两个辐射贴片之间相隔预设尺寸的间隙。

在其中一个实施例中，凹槽结构的辐射贴片为W型辐射贴片或者U型辐射贴片。

在其中一个实施例中，预设尺寸为8.73mm。

在其中一个实施例中，第一印制电路板的直径为84mm，第二印制电路板的直径为120mm，且第一印制电路板与第二印制电路板之间的高度为7mm。

在其中一个实施例中，馈电网络包括四个馈电片；四个馈电片铺设在第二印制电路板下表面，且对应位于辐射贴片之间的间隙的正下方。

在其中一个实施例中，馈电片的长度为13mm，宽度为3mm。

在其中一个实施例中，馈电网络还包括四个馈电组件，每个馈电片均包括一个贯穿第二印制电路板的上表面到下表面的馈电点；

每个馈电组件的上端穿过一个馈电点到达第二印制电路板的上表面，每个馈电组件的下端接入宽带功分单元。

在其中一个实施例中，馈电组件为馈电针，馈电针的长度为13mm。

在其中一个实施例中，宽带功分单元包括宽带功分网络和第三印制电路板，宽带功分网络铺设在第三印制电路板的下表面，且四个馈电组件的下端贯穿第三印制电路板接入宽带功分网络。

在其中一个实施例中，第三印制电路板直径为150mm，且第三印制电路板与第二印制电路板之间的高度为13mm。

第二方面，本申请提供了一种导航设备，导航设备包括上述第一方面任一项实施例提供的圆极化天线。

本申请提供的圆极化天线和导航设备，宽带功分单元与馈电网络电连接，宽带功分单元与馈电网络电连接，馈电网络与第二辐射单元电连接，第二辐射单元与第一辐射单元耦合连接；其中，第一辐射单元包括低频环形辐射片和高频环形辐射片，低频环形辐射片和高频环形辐射片为同心环形，且低频环形辐射片为慢波结构。基于此结构，宽带功分单元用于将接收到的射频信号转换为满足圆极化要求的四路子信号；馈电网络用于将四路子信号馈入第二辐射单元，以使第二辐射单元与第一辐射单元耦合馈电，这样，第一辐射单元中的低频环形辐射片和高频环形辐射片在耦合馈电时产生的频率对应的带宽大于或等于导航全频段带宽，整个过程，因为宽带功分单元用于将接收到的射频信号转换为满足圆极化要求的四路子信号，后续的馈电网络、第二辐射单元和第一辐射单元都是以满足圆极化要求的四路子信号进行的，第二辐射单元和第一辐射单元之间进行耦合馈电后，第一辐射单元中设置有低频和高频两个环形辐射贴片，这样增加天线辐射信号的带宽，且因该带宽是需大于或等于导航全频段带宽，也就实现了圆极化天线对导航全频段的覆盖。另，因为第一辐射单元中的低频环形辐射片采用的是慢波结构，该结构可以使得天线保证低频的同时减小尺寸，从而使得整个圆极化天线实现小型化。

附图说明

图1为一个实施例中圆极化天线的结构主示意图；

图2为一个实施例中第一辐射单元中的同心双环形辐射贴片的示意图；

图3为一个实施例中第二辐射单元中的凹槽结构的辐射贴片的示意图；

图4为一个实施例中第二辐射单元中的W型辐射贴片的示意图；

图5为一个实施例中馈电网络中馈电片示意图；

图6为一个实施例中天线的阵子切面示意图；

图7为一个实施例中馈电网络中馈电点的示意图；

图8为一个实施例中宽带功分网络的实现原理图；

图9为一个实施例中宽带功分网络在印制电路板上的示意图；

图10为一个实施例中宽带功分网络驻波仿真结果示意；

图11为另一个实施例中天线的阵子切面示意图；

图12为一个实施例中天线的整体示意图；

图13为一个实施例中印制电路板中螺钉孔示意图；

图14为一个实施例中天线增益仿真结果示意；

图15为一个实施例中天线低仰角增益仿真结果示意；

图16为一个实施例中天线轴比仿真结果示意；

附图标记说明：

10：第一辐射单元； 20：第二辐射单元；

30：馈电网络； 40：宽带功分单元；

50：螺钉； 60：介质支撑柱；

101：低频环形辐射片； 102：高频环形辐射片；

103：第一印制电路板； 201：凹槽结构的辐射贴片；

202：第二印制电路板； 301：馈电片；

302：馈电组件； 3011：馈电点；

401：宽带功分网络； 402：第三印制电路板。

具体实施方式

为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本申请的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请。但是本申请能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本申请内涵的情况下做类似改进，因此本申请不受下面公开的具体实施例的限制。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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，仅是为了便于描述本申请和简化描述，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申请的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如，两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

具体地，参阅图1，图1示出了本申请一实施例中的圆极化天线的主示意图，该圆极化天线包括自上而下设置的第一辐射单元10、第二辐射单元20、馈电网络30和宽带功分单元40；宽带功分单元40与馈电网络30电连接，馈电网络30与第二辐射单元20电连接，第二辐射单元20与第一辐射单元10耦合连接；宽带功分单元40用于将接收到的射频信号转换为满足圆极化要求的四路子信号；馈电网络30用于将四路子信号馈入第二辐射单元20，以使第二辐射单元20与第一辐射单元10耦合馈电；其中，第一辐射单元10包括低频环形辐射片101和高频环形辐射片102，低频环形辐射片101和高频环形辐射片102为同心环形，且低频环形辐射片101为慢波结构，低频环形辐射片101和高频环形辐射片102在耦合馈电时产生的频率对应的带宽大于或等于导航全频段带宽。

本申请实施例中，第一辐射单元10、第二辐射单元20、馈电网络30和宽带功分单元40是自上而下依次设置的；可选地，自上而下设置时第一辐射单元10、第二辐射单元20、馈电网络30和宽带功分单元40各自的几何中心位于同一直线上。

继续参见图1，宽带功分单元40与馈电网络30馈电连接，馈电网络30与第二辐射单元20也是馈电连接，第二辐射单元20与第一辐射单元10则是耦合连接或者称为耦合电连接。

其中，第一辐射单元10与第二辐射单元20之间存在预设间隔，馈电网络30与宽带功分单元40之间也存在预设间隔，对于该两个预设间隔的具体值，本申请实施例不作限定，可根据实际情况确定。其中，第二辐射单元20和馈电网络30中间隔一个基板，即第二辐射单元20和馈电网络30互为同一基板的正面和背面。

基于上述连接结构，第二辐射单元20与第一辐射单元10进行耦合馈电。具体地，射频信号进入宽带功分单元40后，宽带功分单元40将接收到的射频信号转换为满足圆极化要求的四路子信号，因为宽带功分单元40与馈电网络馈电连接，所以该四路子信号会馈入馈电网络30，馈电网络30与第二辐射单元20也是馈电连接，所以馈电网络继续将该四路子信号馈入第二辐射单元20，而第二辐射单元20与第一辐射单元10之间是耦合馈电，由此，第二辐射单元20将该四路子信号耦合到第一辐射单元10中，经第一辐射单元10将信号转换为电磁波信号发射至空间。或者，该基于图1的结构也可以接收空间的电磁波信号，该接收电磁波信号的过程与发射电磁波信号为完全相反的过程，在此不再赘述。

继续参见图1，第一辐射单元10包括低频环形辐射片101和高频环形辐射片102，其中，低频环形辐射片101和高频环形辐射片102为同心环形，且低频环形辐射片101为慢波结构。其中，慢波结构为电磁波的一种实现结构，一般在天线实现时，对于同样的尺寸，采用慢波结构制作的辐射体延长了电流路径长度，所以其实现的频率会更低一些。

其中，低频环形辐射片101和高频环形辐射片102在耦合馈电时产生的频率对应的带宽大于或等于导航全频段带宽。

具体地，在馈电网络30将四路子信号馈入第二辐射单元20，第二辐射单元20将信号耦合到第一辐射单元10的过程中，低频环形辐射片101在耦合的信号的激励下产生第一谐振点，同时，高频环形辐射片102在信号的激励下产生第二谐振点。其中，第一谐振点和第二谐振点为不同的谐振点，且第一谐振点的频率小于第二谐振点的频率。

为了实现卫星导航的全频段覆盖，基于上述结构在实际仿真过程中，需使得第一谐振点的频率和第二谐振点的频率共同对应的带宽大于或等于导航全频段带宽。实际应用中，可以通过调整第一辐射单元10、第二辐射单元20、馈电网络30的辐射面积，以及相互之间的间隔等其他参数，来保证第一谐振点的频率和第二谐振点的频率共同对应的带宽大于或等于导航全频段带宽。其中，导航全频段带宽即卫星导航全频段带宽为1.1-1.7GHz。第一谐振点的频率和第二谐振点的频率共同对应的带宽大于或等于导航全频段带宽，就可以保证该圆极化天线通过馈电网络30馈入信号到第二辐射单元20，第二辐射单元20与第一辐射单元10耦合馈电辐射出的电磁波可以覆盖卫星导航全频段带宽。

本申请实施例提供的圆极化天线，宽带功分单元40与馈电网络30电连接，馈电网络30与第二辐射单元20电连接，第二辐射单元20与第一辐射单元10耦合连接；其中，第一辐射单元10包括低频环形辐射片101和高频环形辐射片102，低频环形辐射片101和高频环形辐射片102为同心环形，且低频环形辐射片101为慢波结构。基于此结构，宽带功分单元40可以将接收到的射频信号转换为满足圆极化要求的四路子信号；馈电网络30可以将四路子信号馈入第二辐射单元20，以使第二辐射单元20与第一辐射单元10耦合馈电，这样，第一辐射单元10中的低频环形辐射片101和高频环形辐射片102在耦合馈电时产生的频率对应的带宽大于或等于导航全频段带宽，整个过程，因为宽带功分单元40将接收到的射频信号转换为满足圆极化要求的四路子信号，后续的馈电网络30、第二辐射单元20和第一辐射单元10都是以满足圆极化要求的四路子信号进行传输的，第二辐射单元20和第一辐射单元10之间进行耦合馈电后，第一辐射单元10中设置有低频和高频两个环形辐射贴片，这样增加天线辐射信号的带宽，且因该带宽是需大于或等于导航全频段带宽，也就实现了圆极化天线对导航全频段的覆盖。另，因为第一辐射单元10中的低频环形辐射片101采用的是慢波结构，该结构可以使得天线保证低频的同时减小尺寸，从而使得整个圆极化天线实现小型化。

对于上述圆极化天线中各部件之间的连接方式以及各部件各自的实现结构，下面通过具体的实施例进行说明。

对上述低频环形辐射片101采用的慢波结构进行具体说明。一个实施例中，如图2所示，慢波结构为折线形状，且折线上相邻折点之间的间距为1mm。

其中，图2箭头指向的图为对慢波结构的局部放大示意图，折线形状上相邻折点之间的间距L1为1mm，且折线凹面的凹入深度L2也是1mm。需要说明的是，折线结构中所有相邻折点之间的间距和凹入深度都是1mm，图2中为了清楚示意，对尺寸的标注分别在两个间距中进行了标注。

可选地，低频环形辐射片101和高频环形辐射片102均铺设在第一印制电路板103上表面。请结合图2和图1，图2中的第一印制电路板103即为图1中的中间上面一层的基板，即该第一印制电路板103的上表面(正面)印制的正是同心双环形的低频环形辐射片101和高频环形辐射片102，第一印制电路板103的下表面(背面)没有印制任何东西。

一个实施例中，低频环形辐射片101的内直径为50mm，低频环形辐射片101的外直径为56.8mm；高频环形辐射片102的内直径为34mm，高频环形辐射片102的外直径为42mm。其中，对于低频环形辐射片101来说，其内直径和外直径指的都是折线上凸面所在的圆。

基于上述直径数据，可以计算出高频环形辐射片102的辐射面积S＝π*((42-34)/2)²；同样，可以计算出低频环形辐射片101的辐射面积S＝π*((56.8-50)/2)²-1*1*N，其中，N为折线结构中间距的数量；例如，以图2中箭头指向的局部放大图为例，在该局部放大图中可看见的间距数量就是4个，当然，具体实现结构中，低频环形辐射片101的折线结构中的间距数量以其实际为准，本申请实施例不作限定。

如图3所示，对第二辐射单元20进行说明，一个实施例中，第二辐射单元20包括四个凹槽结构的辐射贴片201，四个凹槽结构的辐射贴片201对称铺设在第二印制电路板202的上表面，且相邻两个辐射贴片201之间相隔预设尺寸的间隙。

其中，图3中的四个凹槽结构的辐射贴片201仅是一种示例，实际应用时并不一定以此为限定。该四个凹槽结构的辐射贴片201在第二印制电路板202上是呈对称状设置的。结合图3和图1来看，第二印制电路板202即是图1中的第二层基板(即中间层基板)，需要注意的是，四个凹槽结构的辐射贴片201是印制在第二印制电路板202的上表面(即正面)的，而在第二印制电路板202的下表面(即背面)印制的是馈电网络30，也即，第二辐射单元20与馈电网络30共用同一个基板。

其中，四个凹槽结构的辐射贴片201中，相邻两个辐射贴片201之间相隔预设尺寸的间隙，可选地，该预设尺寸可以为8.73mm。可继续参见图3中示意的L3，该L3即为相邻两个辐射贴片201之间相隔的间隙。

一个实施例中，四个凹槽结构的辐射贴片201为W型辐射贴片或者U型辐射贴片。如图4所示，以W型为例示意，该四个W型辐射贴片之间存在间隙L3，且四个W型辐射贴片对称设置在第二印制电路板202的正面。

前面提及，在第二印制电路板202的下表面(即背面)印制的是馈电网络30，请参见图5所示，为第二印制电路板202的背面印制的馈电网络30的示意图。一个实施例中，馈电网络30包括四个馈电片301，该四个馈电片301铺设在第二印制电路板202下表面中对应辐射贴片之间的间隙的正下方。也就是每个馈电片301均对应一个间隙，且每个馈电片301位于对应间隙的正下方。

如图5中每个馈电片301的位置都位于图4中一个间隙L3的正下方。但是不要求馈电片301的尺寸与间隙L3的尺寸完全相同，两者实际的尺寸可基于实际需求确定。可选地，图5中以其中一个馈电片为例对其尺寸进行了示意，即馈电片的长度为13mm，宽度为3mm。

为了实现馈电网络30和宽带功分单元40之间的馈电连接，如图6所示，一个实施例中，馈电网络30还包括四个馈电组件302，每个馈电片301均包括一个贯穿第二印制电路板202的上表面到下表面的馈电点3011；每个馈电组件302的上端穿过一个馈电点3011到达第二印制电路板202的上表面，每个馈电组件302的下端接入宽带功分单元40。

需要说明的是，图6是天线的切面图，所以图6中示意的馈电组件302和馈电片301不是全部的组件和馈电片。由图6可以看出，四个馈针组件302和四个馈电片301分别是一一对应连接的，即一个馈电组件302对应连接一个馈电片301，且每个馈电组件302是接入到对应馈电片301的馈电点处，这样，每个馈电组件302和对应馈电片301连接会构成一个L形探针，对称设置的四个L形探针可保证天线的圆极化特性。

其中，每个馈电组件302接入到对应馈电片301的馈电点处后，会贯穿第二印制电路板202，即从第二印制电路板202的下表面的馈电点处穿过第二印制电路板202到达第二印制电路板的上表面。

如图7所示，其中，图(a)示意出第二印制电路板202的正面，图(b)示意出第二印制电路板202的背面，从图7可以看出，四个馈电片301上的馈电点3011从背面贯穿到正面，所以四个馈电组件302接入到对应馈电片301的馈电点处3011后会到达第二印制电路板202的正面。当然，可以理解的是，为了保证连接的牢固性，在四个馈电组件302到达第二印制电路板202的正面后会进行焊接固定形成馈电焊盘，即正面的3011在馈电组件302焊接后形成的焊盘称为馈电焊盘，实际应用中，该馈电焊盘的直径可以是1mm。

一个实施例中，馈电组件为馈电针，馈电针的长度为13mm。该馈电针可以采用金属棒实现。

从上述图6可以看出，宽带功分单元40包括宽带功分网络401和第三印制电路板402，其中，宽带功分网络401是铺设在第三印制电路板402的下表面的。

如图8所示，为宽带功分网络的实现原理图。以威尔金森功分器实现为例，该宽带功分网络401包括一个输入端口Input和四个输出端口。其中，发射信号时，宽带功分网络401接收的射频信号从输入端口Input进入，经过威尔金森功分器后分为两路，然后每路再经过威尔金森功分器分为不同相位：0°、90°、180°、270°的端口。这样，采用4馈电相位的设计可以保证天线的高精度和圆极化特性，且高度对称结构使得卫星导航天线的轴比较小，具有较高的圆极化性能，增加卫星导航天线的精确度。

以上述图6所示的宽带功分网络401为例，在第三印制电路板402背面实现宽带功分网络401时，实现版图如图9所示，其中，图9中的A、B、C、D对应0°、90°、180°、270°四个相位馈电点。对于四个馈电点的不同相位，通过隔离电阻R1、R2和R3进行隔离。可选地，R1＝R2＝R3＝100Ω。

馈电网络30的四路子信号是从宽带功分网络401上馈入的，因此，为了保证拓展宽带功分网络401的带宽，在图9中，宽带功分网络401线段采用两级匹配段，即图9中的粗线和细线代表不同级匹配段，以此实现宽带功分网络401更宽的带宽。

如图10所示，为上述图9中宽带功分网络401的实现版图进行网络仿真后的数据，可参见图10中的虚线框中所示意的，在1.1～1.7GHz频段(导航全频段)内其驻波均小于1.3，因此，其是符合设计指标的。

因为宽带功分网络401有四个输出端口A、B、C、D，所以馈电网络30中的四个馈电组件302接入宽带功分单元40时，实际上是对应接入宽带功分单元40中的宽带功分网络401的A、B、C、D四个端口上。

具体地，如图11所示，为从俯角的角度示意的天线切面图。在第三印制电路板402的正面对应背面的宽带功分网络401的四个端口的位置处，是有四个馈电点的，即馈电网络30中的四个馈电组件302是从第三印制电路板402的正面的四个馈电点处(图中圈出的位置处)接入第三印制电路板402，贯穿第三印制电路板402到达背面的宽带功分网络401的A、B、C、D四个端口上，从而实现对应连接。

前述第一印制电路板103、第二印制电路板202、第三印制电路板402，三者的大小是依次增加。一种实施例中，第一印制电路板103的直径为84mm，第二印制电路板202的直径为120mm，第三印制电路板402直径为150mm。

且，第一印制电路板103、第二印制电路板202、第三印制电路板402，三者之间均存在预设间隔，即三者都是隔空设置。其中，第一印制电路板103与第二印制电路板202之间的高度为7mm，第三印制电路板402与第二印制电路板202之间的高度为13mm。

为进一步清楚示意第一辐射单元10、第二辐射单元20、馈电网络30、宽带功分单元40之间的关系，可参见图12提供的天线整体示意图，其中，图12中仅标注出可看见的部件。

其中，第一印制电路板103、第二印制电路板202、第三印制电路板402之间因为是隔空设置，即三者之间间隔的是空气，所以为了保证整个天线的稳固性，各印制电路板之间需要介质支撑柱60支撑，并通过螺钉50固定，可结合图11和图12看出，螺钉50是嵌入到介质支撑柱60中的。可选地，既然要从印制电路板的正面嵌入到支撑柱中，自然是要在印制电路板的正面打螺钉孔501，例如，图13中，以第一印制电路板103和第二印制电路板202为例，第一印制电路板103上的螺钉孔501有4个，第二印制电路板202上的螺钉孔501有8个，其中的四个螺钉孔501是用于与第一印制电路板103连接的，剩余的其他四个螺钉孔501是用于与第三印制电路板402连接的。可选地，这些螺钉孔501的直径均可以为3mm。

可选地，为了减小对天线辐射的影响，天线中的支撑柱和螺钉均采用非金属制作。

基于上述实施例中对天线各部分结构的说明。需要再说明的是，因为第一印制电路板103和第二印制电路板202之间是隔空设置，所以对于第一辐射单元10和第二辐射单元来说，其相当于是空气耦合，且因为馈电网络30将四路子信号馈入到第二辐射单元后，是从馈电组件302馈入到四个凹槽结构的辐射贴片201之间的缝隙中，由四个缝隙将信号耦合馈入到第一辐射单元10中的两个环形辐射片中。所以，本申请实施例中，是四个凹槽结构的辐射贴片201中的相邻两个辐射贴片201之间的缝隙，将背面四个馈电片301馈入的信号馈入到第一辐射单元10中的两个环形辐射片中，从而与第一辐射单元10中的两个环形辐射片中形成缝隙耦合，从而将信号传输至空间或者接收空间电磁波信号，达到了增加天线带宽的效果。

在第二辐射单元20中，相邻两个辐射贴片201之间的缝隙的信号是直接进入第一辐射单元10中的两个环形辐射片中，四个凹槽结构的辐射贴片201对缝隙耦合上去的信号具有路径约束作用。所以缝隙的大小、背面馈电片301的大小等等也都是可以决定天线辐射效果的。

本申请实施例提供的天线，在顶层基板(第一印制电路板103)上边的设计了同心双环形辐射片，由于以TM11基模工作的环形贴片尺寸比圆形或矩形尺寸小很多，所以采用环形贴片作为辐射单元可以减小天线尺寸。且，该双环形辐射片分别对应导航的高低两个频段，且低频的环形辐射片采用慢波设计，通过延长电长度，降低频率增大低频辐射带宽的同时，进一步减小天线尺寸。在中层基板(第二印制电路板202)设计的相邻两个凹槽结构的辐射贴片201之间有一个缝隙位于背面馈电片301的正上方，从而与顶层基板上的同心双环形辐射片形成缝隙耦合，增加天线带宽。在馈电网络30中，4个馈电组件和印制在中层基板背面的馈电片301构成4个L形探针，保证天线的圆极化特性，且底层基板背面印制的宽带功分网络401匹配天线阵子，保证天线实现宽频的使用。相当于，为了实现GNSS的宽频覆盖本申请采用缝隙耦合的设计思路拓展带宽，设计成空气间隙三层层叠基板以降低有效介电常数，同时4个L形馈电可实现高精度，匹配宽带馈电网络，且各端口相位相差90°可以实现圆极化特性，通过以上设计最终实现GNSS卫星导航频段全覆盖，因此，本申请实施例中提供的天线结构可以实现超宽频覆盖，同时兼顾高增益、低仰角增益、不圆度及轴比特性的良好，且该阵子全部采用印制板，相比于行业内常规的微带复合材料，方便制作一致性高。

考虑到上述实施例中各结构中的金属长时间暴露在空气中，会存在生锈情况，从而影响天线辐射效果，本申请实施例中提供的圆极化天线还包括天线罩和柱状非金属侧壁。其中，该天线罩的底部与柱状非金属侧壁的顶端连接，形成天线腔体。而上述实施例中涉及的第一辐射单元10、第二辐射单元20、馈电网络30和宽带功分单元40均位于该天线腔体内。

其中，天线罩为非金属材质，例如，FR4复合材料。柱状侧壁所采用的非金属材质也可以是FR4复合材料。本申请实施例对此不作限定。

可选地，天线罩的形状可以是圆弧状，也可以是方形、不规则形状等。天线罩可以为透明的，也可以为非透明的，本申请实施例对天线罩的形状、颜色、材质、特性均不作限定，只要其可以使得天线的辐射信号穿过，不影响辐射效果即可。

本申请实施例中的天线结构，通过电磁仿真后得出的天线方向图指标均满足设计需求，且实际仿真中，性能指标是优于设计需求的。例如，在顶点增益、低仰角增益、不圆度及轴比均有较好的指标，如图14所示的增益仿真结果图，图15所示的低仰角20°增益仿真结果图，以及图16所示的轴比仿真结果图，基于这些仿真结果可看出，天线的增益全频段均大于6.4dBi，低仰角20°的最小增益-3.0dBi，不圆度均小于0.5，轴比在80°以内低于3.9dB，圆极化特性较好。

另外，基于同样的发明构思，本申请实施例还提供了一种导航设备。该导航设备包括上述任一实施例中提供的圆极化天线。对于该导航设备所提供的解决问题的实现方案与上述圆极化天线中所记载的实现方案相似，故导航设备中的具体限定可以参见上文中对于圆极化天线的限定，在此不再赘述。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (15)

1.一种圆极化天线，其特征在于，所述圆极化天线包括自上而下设置的第一辐射单元、第二辐射单元、馈电网络和宽带功分单元；所述宽带功分单元与所述馈电网络电连接，所述馈电网络与所述第二辐射单元电连接，所述第二辐射单元与所述第一辐射单元耦合连接；

所述宽带功分单元用于将接收到的射频信号转换为满足圆极化要求的四路子信号；所述馈电网络用于将所述四路子信号馈入所述第二辐射单元，以使所述第二辐射单元与所述第一辐射单元耦合馈电；

其中，所述第一辐射单元包括低频环形辐射片和高频环形辐射片，所述低频环形辐射片和高频环形辐射片为同心环形，且所述低频环形辐射片为慢波结构，所述低频环形辐射片和所述高频环形辐射片在耦合馈电时产生的频率对应的带宽大于或等于导航全频段带宽。

2.根据权利要求1所述的圆极化天线，其特征在于，所述慢波结构为折线形状，且折线上相邻折点之间的间距为1mm。

3.根据权利要求1或2所述的圆极化天线，其特征在于，所述低频环形辐射片的内直径为50mm，所述低频环形辐射片的外直径为56.8mm；所述高频环形辐射片的内直径为34mm，所述高频环形辐射片的外直径为42mm。

4.根据权利要求1或2所述的圆极化天线，其特征在于，所述低频环形辐射片和高频环形辐射片铺设在第一印制电路板上表面。

5.根据权利要求4所述的圆极化天线，其特征在于，所述第二辐射单元包括四个凹槽结构的辐射贴片，所述四个凹口结构的辐射贴片对称铺设在第二印制电路板的上表面，且相邻两个辐射贴片之间相隔预设尺寸的间隙。

6.根据权利要求5所述的圆极化天线，其特征在于，所述凹槽结构的辐射贴片为W型辐射贴片或者U型辐射贴片。

7.根据权利要求5所述的圆极化天线，其特征在于，所述预设尺寸为8.73mm。

8.根据权利要求5所述的圆极化天线，其特征在于，所述第一印制电路板的直径为84mm，所述第二印制电路板的直径为120mm，且所述第一印制电路板与所述第二印制电路板之间的高度为7mm。

9.根据权利要求5所述的圆极化天线，其特征在于，所述馈电网络包括四个馈电片；所述四个馈电片铺设在所述第二印制电路板下表面，且对应位于所述辐射贴片之间的间隙的正下方。

10.根据权利要求9所述的圆极化天线，其特征在于，所述馈电片的长度为13mm，宽度为3mm。

11.根据权利要求9所述的圆极化天线，其特征在于，所述馈电网络还包括四个馈电组件，每个所述馈电片均包括一个贯穿所述第二印制电路板的上表面到下表面的馈电点；

每个所述馈电组件的上端穿过一个馈电点到达所述第二印制电路板的上表面，每个馈电组件的下端接入所述宽带功分单元。

12.根据权利要求11所述的圆极化天线，其特征在于，所述馈电组件为馈电针，所述馈电针的长度为13mm。

13.根据权利要求11所述的圆极化天线，其特征在于，所述宽带功分单元包括宽带功分网络和第三印制电路板，所述宽带功分网络铺设在第三印制电路板的下表面，且所述四个馈电组件的下端贯穿所述第三印制电路板接入所述宽带功分网络。

14.根据权利要求13所述的圆极化天线，其特征在于，所述第三印制电路板直径为150mm，且所述第三印制电路板与所述第二印制电路板之间的高度为13mm。

15.一种导航设备，其特征在于，所述导航设备包括上述权利要求1-14任一项所述的圆极化天线。

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