CN115632239A - 卫星定位导航天线 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种卫星定位导航天线，包括介质基板与设置于介质基板上方的低频辐射层，所述介质基板表面设置接地层，还包括振子阵列，所述振子阵列包括多个亚元振子，所述多个亚元振子环绕所述介质基板与所述低频辐射层所共同限定的布局空间周围设置，各亚元振子通过所述接地层接地。本发明的卫星定位导航天线通过设置多个亚元振子，提高卫星定位导航天线的隔离度，降低了交叉极化电平，提高了天线增益，优化了方向图，提高了卫星定位导航天线的定位稳定性和精度。

Description

卫星定位导航天线

技术领域

本发明属于卫星定位导航技术领域，具体涉及一种卫星定位导航天线。

背景技术

随着卫星导航技术的不断发展，BDS、GPS、GLONASS及GALILEO等卫星导航系统被广泛应用于各类导航终端，但是单独使用一个卫星导航系统的可靠性、稳定性及定位精度都难以保证，融合多个卫星导航系统将可得到较佳的定位性能。因此开放同时兼容多个卫星导航系统的卫星定位导航天线越来越成为了业内主流。

现今的卫星定位导航天线主要是将高频辐射单元与低频辐射单元相互堆叠，以扩展带宽，但是高频辐射单元与低频辐射单元相互堆叠时具有较强的互耦作用，使得有源S参数收敛性差，导致天线增益较低，不利于信号的接收，影响定位稳定性和精度。

发明内容

本发明的目的在于解决上述问题至少之一而提供一种卫星定位导航天线。

适应本发明的各个目的，本发明采用如下技术方案：

适应本发明的目的之一而提供一种卫星定位导航天线，包括介质基板与设置于介质基板上方的低频辐射层，所述介质基板表面设置接地层，还包括振子阵列，所述振子阵列包括多个亚元振子，所述多个亚元振子环绕所述介质基板与所述低频辐射层所共同限定的布局空间周围设置，各亚元振子通过所述接地层接地。

进一步的，所述振子阵列包括设于介质基板上的第一亚元振子。

所述第一亚元振子通过所述介质基板的接地层镂空形成。

进一步的，所述低频辐射层设置低频介质板上，所述低频介质板设置于所述介质基板上所述振子阵列包括设于所述低频介质板上的第二亚元振子。

所述第二亚元振子为金属件，其固定在所述接地层上。

进一步的，低频介质板设置于介质基板上，使得介质基板形成边沿部，多个第一亚元振子沿所述低频介质板的周向对称设置于所述边沿部上。

进一步的，多个第二亚元振子环绕设置于所述低频介质板的侧壁的表面上或侧壁内部。

进一步的，所述亚元振子包括两个相对称的振子臂，所述振子臂包括相连接的第一臂与第二臂。

进一步的，所述卫星定位导航天线还包括设置于低频介质板上方的高频介质板与设置于高频介质板正面上的高频辐射层。

进一步的，所述高频介质板上设有高频馈电点，所述低频介质板上设有低频馈电点，其中低频馈电点通过低频馈电针依次连接低频辐射层与接地层，高频馈电点通过高频馈电针依次连接高频辐射层与接地层。

相对于现有技术，本发明具有多方面的优势，包括但不限于：

一方面，本发明的卫星定位导航天线的振子阵列中的多个亚元振子分别环绕介质基板与低频辐射层设置上，通过设置多个亚元振子，提高卫星定位导航天线的隔离度，降低了交叉极化电平，提高了天线增益，拓展了带宽以及优化了方向图，从而提高了卫星定位导航天线的定位稳定性和精度。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为本发明典型实施例的卫星定位导航天线的结构示意图。

图2为本发明另一实施例的卫星定位导航天线的结构示意图。

图3为本发明另一实施例的卫星定位导航天线的第一亚元振子的结构示意图。

图4为本发明另一实施例的卫星定位导航天线的第二亚元振子的结构示意图。

图5为当测试天线为本发明的卫星定位导航天线仅加载第一阵列时，实测获取的增益图。

图6为当测试天线为本发明的卫星定位导航天线仅加载第二阵列时，实测获取的增益图。

图7为当测试天线为本发明的卫星定位导航天线时，实测获取的增益图。

图8为当测试天线为普通的卫星定位导航天线时，实测获取的增益图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的实例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是实例性的，仅用于解释本发明而不能解释为对本发明的限制。

本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或无线耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的全部或任一单元和全部组合。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)，具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语，应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样被特定定义，否则不会用理想化或过于正式的含义来解释。

本发明提供了一种卫星定位导航天线，该卫星定位导航天线的介质基板、低频介质板、低频辐射层及高频辐射层依次层叠设置，在介质基板上设有由多个第一亚元振子组成的第一阵列，在低频介质板上设有由多个第二亚元振子组成的第二阵列，第一阵列与第二阵列可共同降低高频辐射层与低频辐射层之间的耦合作用，提升增益，以适于接收不同的卫星导航系统的信号。

在本发明的典型实施例中，结合图1，所述卫星定位导航天线1包括介质基板11、低频辐射单元2、高频辐射单元3及多个亚元振子。所述低频辐射单元2设置于介质基板11的正面上，所述高频辐射单元3设置于低频辐射单元2之上，也即是说，高频辐射单元3、低频辐射单元2及介质基板11依次层叠设置。所述介质基板11的正面上设有接地层12。所述接地层12为金属层。

具体言之，所述低频辐射单元2包括低频介质板21与低频辐射层22，所述低频介质板21设置于介质基板11的正面上。低频介质板21包括正面、反面以及侧壁212，低频介质板21的反面与介质基板11的正面相接设置，所述低频辐射层22设置于低频介质板21的正面上，以便于对外辐射低频信号。具体在本实施例中，所述低频辐射层22工作于1164MHz-1278MHz频段。

所述低频辐射层22呈环状，且低频辐射层22的延伸方向与低频介质板21的正面的边沿的延伸方向相对应，使得低频辐射层22为环绕高频辐射单元3的环状结构，使得低频辐射层22不与高频辐射单元3于低频介质板21的正面上的投影相重合或重叠，降低低频辐射单元2与高频辐射单元3之间的互耦作用。在一个实施例中，所述低频辐射层22呈圆环状，所述低频介质板21的正面呈圆形。

所述高频辐射单元3包括高频介质板31与高频辐射层32，所述高频介质板31设置于低频介质板21的正面上。高频介质板31包括正面与反面，高频介质板31的反面与低频介质板21的正面相接设置，所述高频辐射层32设置于高频介质板31的正面上，以便于对外辐射高频信号。具体在本实施例中，所述高频辐射层32工作于1557MHz-1612MHz频段。在一个实施例中，所述高频介质板31的正面呈圆形状，所述高频辐射层32对应也呈圆形状。

在本发明的典型实施例中，所述多个亚元振子分为第一亚元振子121与第二亚元振子211，其中多个第一亚元振子121组成第一阵列，多个第二亚元振子211组成第二阵列，第一阵列与第二阵列相互作用，提高卫星定位导航天线1的隔离度，降低了交叉极化电平，提高增益，拓展了带宽以及优化了方向图，从而提高了卫星定位导航天线1的定位稳定性和精度。

低频介质板21设置于介质基板11的正面上，低频介质板21覆盖介质基板11的正面的部分面积，使得介质基板11的正面的边沿区域外露，形成边沿部122。所述低频介质板21设置于介质基板11的正面的中心，使得所述边沿部122呈环状。

所述第一阵列设置于介质基板11的边沿部122上，第一阵列的多个第一亚元振子121沿边沿部122的延伸方向依次设置，也即是说，第一阵列的多个第一亚元振子121环绕所述低频介质板21设置，避免第一阵列与低频辐射层22、高频辐射层32及第二阵列相互干扰，提升电气性能。

在一个实施例中，所述介质基板11呈圆形，使得边沿部122呈圆环状，第一阵列的多个第一亚元振子121沿所述边沿部122均匀设置。具体在本实施例中，所述第一阵列的多个第一亚元振子121关于同一中心点呈中心对称结构，有利于提升卫星定位导航天线1的方向图的对称性，提升辐射性能。

所述接地层12设置于介质基板11的正面上，镂空所述接地层12以形成所述第一亚元振子121，也即是说第一亚元振子121为设置在接地层12上的镂空结构或开槽结构。具体言之，所述第一亚元振子121包括相对称的两个第一振子臂1211。所述第一振子臂1211包括第一臂1212与第二臂1213，其中第一臂1212的第一端与介质基板11的正面的边沿相接设置，第一臂1212的第二端与第二臂1213相连接。在一个实施例中，第一臂1212与第二臂1213呈角度设置，优选为呈垂直关系。

第一亚元振子121的两个第一振子臂1211的各自的第一臂1212相平行设置且沿同一方向延伸设置，第一亚元振子121的两个第一振子臂1211的各自的第二臂1213朝相反方向延伸设置，使得第一亚元振子121的两个第一振子臂1211呈对称结构，有利于提高卫星定位导航天线1的方向图的对称性，提升辐射性能。

在一个实施例中，所述第一亚元振子121的第一振子臂1211的第一臂1212自介质基板11的正面的边沿朝介质基板11的正面的中心处延伸。

在一个实施例中，结合图3，所述第一亚元振子121的第一振子臂1211还设有第三臂1214，所述第三臂1214连接第二臂1213的第二端，使得第一振子臂1211构成半包围结构。在一个实施例中，所述第三臂1214与所述第二臂1213呈角度设置，优选为相垂直设置。

所述卫星定位导航天线1通过设置第一亚元振子121可提高低频有源阻抗的收敛性，降低高频辐射层32与低频辐射层22之间的耦合作用，降低交叉极化电平，拓展低频带宽，提升增益。

所述第二阵列的多个第二亚元振子211设置于低频介质板21的侧壁212上，第二阵列的多个第二亚元振子211沿低频介质板21的侧壁212的延伸方向依次设置于，换而言之，第二阵列的多个第二亚元振子211在低频介质板21的侧壁212上环绕低频介质板21设置。

在一个实施例中，所述低频介质板21呈圆形，低频介质板21的侧壁212对应呈圆环状，第二阵列的多个第二亚元振子211沿侧壁212的延伸方向均匀设置。具体在本实施例中，所述第二阵列的多个第二亚元振子211关于同一中心点呈中心对称结构，有利于提升卫星定位导航天线1的方向图的对称性，提升辐射性能。

所述第二亚元振子211为金属件，所述第二亚元振子211的一端设置于接地层12上，另一端设置于低频介质板21的正面的边沿上。具体言之，所述第二亚元振子211包括两个相对称的第二振子臂2111，所述第二振子臂2111包括相连接的第三臂2112与第四臂2113。第三臂2112设置于低频介质板21的侧壁212上，且沿侧壁212的厚度方向设置，第三臂2112的第一端与接地层12相接设置，第三臂2112的第二端设置于低频介质板21的正面的边沿上，且第三臂2112的第二端与低频介质板21的正面的边沿相接设置；第四臂2113设置于低频介质板21的正面的边沿上，第四臂2113的第一端与第三臂2112的第二端相连接，第四臂2113沿低频介质板21的正面的边沿延伸设置。设置于低频介质板21的正面上的低频辐射层22不与第二亚元振子211相接触，所述低频辐射层22相对于第二亚元振子211靠近高频介质板31设置。在一个实施例，第三臂2112与第四臂2113之间呈垂直关系，以便于生产制造，降低生产加工难度。

第二亚元振子211的两个第二振子臂2111的各自的第三臂2112相平行设置、且沿同一方向延伸设置，第二亚元振子211的两个第二振子臂2111的各自的第四臂2113朝相反的方向延伸设置，使得第二亚元振子211的两个第二振子臂2111呈对称结构，有利于提高卫星定位导航天线1的方向图的对称性，提升辐射性能。

在一个实施例中，结合图2，所述第二亚元振子211设置于低频介质板21的内部，且第二亚元振子211不显现于低频介质板21之外。具体言之，在低频介质板21上设有第一金属化过孔213，该第一金属化过孔213连通第二亚元振子211，以便于将第二亚元振子211与低频介质板21的正面相连接。且，第二亚元振子211的两个第二振子臂2111各自的第三臂2112也通过设置于低频介质板21内部的第二金属化过孔123相连接。优选的，所述第一金属化过孔213对应连通第二亚元振子211的第二振子臂2111的第三臂2112与第四臂2113的相交处。所述第二金属化过孔123对应连通第二亚元振子211的两个第二振子臂2111的各自的第三臂2112的第一端。

在一个实施例中，结合图4，所述第二亚元振子211的两个第二振子臂2111相连接，所述第二振子臂2111设有多个弯折部2114，使得第二振子臂2111构成弯折结构。第二亚元振子211的两个第二振子臂2111相互对称，且两个第二振子臂2111相连接，使得第二亚元振子211为一体化的对称结构。优选的，所述第二振子臂2111由弯折部2114分为凸出结构与内凹结构，内凹结构与凸出结构依次设置，以便于提高第二亚元振子211的电气性能。

所述卫星定位导航天线1通过设置第二亚元振子211可提高卫星定位导航天线1的低频有源阻抗的收敛性，降低高频辐射层32与低频辐射层22之间的耦合作用，降低交叉极化电平，拓展带宽，提升高频与低频增益。

在一个实施例中，在一个实施例中，第一阵列的多个第一亚元振子121关于第一点呈中心对称结构，第二阵列的多个第二亚元振子211也关于第一点呈中心对称结构，以便提高卫星定位导航天线1的方向图的对称性，提升辐射性能。

在进一步的实施例中，所述第一阵列与第二阵列相对应设置，沿介质基板11的边沿部122的延伸方向，每个第一亚元振子121与两个第二亚元振子211相对应设置，两个第二亚元振子211分别设置于相对应的第一亚元振子121的两侧。具体言之，两个第二亚元振子211分别设置于相对应的第一亚元振子121的两个第一振子臂1211的侧部，降低第二亚元振子211与第一亚元振子121之间的耦合作用，提升电气性能。

在本发明的典型实施例中，所述高频介质板31的正面上还设有高频馈电点5，高频馈电点5用于为高频辐射层32馈电；所述低频介质板上设有低频馈电点(未示出)，其中低频馈电点用于为低频辐射层22馈电。

具体言之，所述低频馈电点通过低频馈电针馈电，所述低频馈电针穿过设置于低频辐射层22上的低频馈电点4(图1为局部透视图，所述低频馈电点4设置于低频辐射层22上)，以为低频辐射层22馈电。且低频馈电针(未示出)还连接设置于介质基板11上的接地层12，也即是说，低频馈电针的分别连接低频馈电点4与接地层12。在一个实施例中，所述低频馈电点4通过外部线缆连接外部设备，以便于外部设备通过外部线缆向低频馈电点4馈入信号。

低频介质板上设有多个低频馈电点4，多个低频馈电点4对应连接多个低频馈电针多个低频馈电点4分别为低频辐射层22的不同区域馈电，以使得低频辐射层22的各个区域均可良好的被激励辐射信号，提高卫星定位导航天线1的方向图的对称性。优选的，所述多个低频馈电点4环绕同一圆心均匀设置。

具体言之，所述高频馈电点5通过高频馈电针(未示出)连接高频辐射层32，以为高频辐射层32馈电。且高频馈电针还连接设置于介质基板11上的接地层12，也即是说，高频馈电针的两端分别高频馈电点5与接地层12，且高频馈电针还穿设高频辐射层32。在一个实施例中，所述高频馈电点5通过外部线缆连接外部设备，以便于外部设备通过外部线缆向高频馈电点5馈入信号。

所述高频介质板31上设有多个高频馈电点5，多个高频馈电点5对应连接多个高频馈电针，该多个高频馈电点5分别对应为高频辐射层32的不同区域馈电，以使得高频辐射层32的各个区域均可良好的被激励辐射信号，提高卫星定位导航天线1的方向图的对称性。优选的，所述多个高频馈电点5与所述多个低频馈电点4环绕同一圆心均匀设置，且高频馈电点5与所述圆心之间的距离小于低频馈电点4与所述圆心之间的距离。

所述卫星定位导航天线1通过设置第一亚元振子121与第二亚元振子211提高了多个低频馈电点4与多个高频馈电点5中相邻两个馈电点之间的隔离度，提升了卫星定位导航天线1的辐射性能。

参见图5，为测试天线为本发明的卫星定位导航天线仅加载第一阵列时的增益测试图，由图可知，本发明的卫星定位导航天线，在1164MHz-1278MHz频段，天线增益范围是0.17dBi-4.62dBi；在1557MHz-1612MHz频段，天线增益范围是5.75dBi-6.49dBi。

参见图6，为测试天线为本发明的卫星定位导航天线仅加载第二阵列时的增益测试图，由图可知，普通的卫星定位导航天线，在1164MHz-1278MHz频段，天线增益范围是2.62dBi-4.20dBi；在1557MHz-1612MHz频段，天线增益范围是5.17dBi-6.07dBi。

参见图7，为测试天线为本发明的卫星定位导航天线时的增益测试图，由图可知，本发明的卫星定位导航天线，在1164MHz-1278MHz频段，天线增益范围是4.26dBi-5.47dBi；在1557MHz-1612MHz频段，天线增益范围是5.62dBi-6.39dBi。

参见图8，为测试天线为普通的卫星定位导航天线时的增益测试图，由图可知，普通的卫星定位导航天线，在1164MHz-1278MHz频段，天线增益范围是-1.81dBi-3.18dBi；在1557MHz-1612MHz频段，天线增益范围是5.48dBi-6.33dBi。

由图5至图8可知，本发明的卫星定位导航天线在仅加载第一阵列和仅加载第二阵列及同时加载第一阵列与第二阵列时的天线增益均远远优于普通的卫星定位导航天线的天线增益。且本发明的卫星定位导航天线在同时加载第一阵列与第二阵列时的天线增益优于仅加载第一阵列或第二阵列时的天线增益，具有较佳的辐射性能。

综上所述，本发明的卫星定位导航天线通过设置第一亚元振子与第二亚元振子，提高卫星定位导航天线的隔离度，降低高频辐射层与低频辐射层之间的耦合作用，降低了交叉极化电平，提高了高频与低频的增益，拓展了高低频带宽以及优化了方向图。

以上描述仅为本发明的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本发明中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离上述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本发明中发明的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

尽管已经采用特定于结构特征和/或方法逻辑动作的语言描述了本主题，但是应当理解所附权利要求书中所限定的主题未必局限于上面描述的特定特征或动作。相反，上面所描述的特定特征和动作仅仅是实现权利要求书的示例形式。

Claims (10)

1.一种卫星定位导航天线，包括介质基板与设置于介质基板上方的低频辐射层，所述介质基板表面设置接地层，其特征在于，还包括振子阵列，所述振子阵列包括多个亚元振子，所述多个亚元振子环绕所述介质基板与所述低频辐射层所共同限定的布局空间周围设置，各亚元振子通过所述接地层接地。

2.如权利要求1所述的卫星定位导航天线，其特征在于，所述振子阵列包括设于所述介质基板上的第一亚元振子。

3.如权利要求2所述的卫星定位导航天线，其特征在于，所述第一亚元振子通过所述介质基板的接地层镂空形成。

4.如权利要求1或2所述的卫星定位导航天线，其特征在于，所述低频辐射层设置于低频介质板上，所述低频介质板设置于所述介质基板上，所述振子阵列还包括设于所述低频介质板上的第二亚元振子。

5.如权利要求4所述的卫星定位导航天线，其特征在于，所述第二亚元振子为金属件，其固定在所述接地层上。

6.如权利要求4所述的卫星定位导航天线，其特征在于，低频介质板设置于介质基板上，使得介质基板形成边沿部，多个第一亚元振子沿所述低频介质板的周向对称设置于所述边沿部上。

7.如权利要求4所述的卫星定位导航天线，其特征在于，多个第二亚元振子环绕设置于所述低频介质板的侧壁的表面上或侧壁内部。

8.如权利要求1所述的卫星定位导航天线，其特征在于，所述亚元振子包括两个相对称的振子臂，所述振子臂包括相连接的第一臂与第二臂。

9.如权利要求4所述的卫星定位导航天线，其特征在于，所述卫星定位导航天线还包括设置于低频介质板上方的高频介质板与设置于高频介质板正面上的高频辐射层。

10.如权利要求9所述的卫星定位导航天线，其特征在于，所述高频介质板上设有高频馈电点，所述低频介质板上设有低频馈电点，其中低频馈电点通过低频馈电针依次连接低频辐射层与接地层，高频馈电点通过高频馈电针依次连接高频辐射层与接地层。

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