CN115911854B - 移动定位天线及定位跟踪器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种移动定位天线及定位跟踪器，移动定位天线包括金属地板、倒F天线和折叠枝节，倒F天线包括一个水平枝节以及均与水平枝节折弯连接的两个垂直枝节，其中一个垂直枝节与金属地板连接导通，另一个垂直枝节为馈电端口，水平枝节与金属地板间隔设置，折叠枝节包括依次折弯连接的第一金属枝节、第二金属枝节和第三金属枝节，第一金属枝节的远离第二金属枝节一端与金属地板连接导通。本发明提供的移动定位天线及定位跟踪器，利用金属地板与折叠枝节的辐射，以及倒F天线和折叠枝节之间的耦合馈电，使倒F天线的线级化辐射转换为圆极化辐射，如此在空间有限且电磁环境复杂的空间内实现了小型化与圆极化。

Description

移动定位天线及定位跟踪器

技术领域

本发明属于电磁场与微波技术领域，更具体地说，是涉及一种移动定位天线及定位跟踪器。

背景技术

宠物定位器是内置了GPS模块、短距离通信模块和移动通信模块的终端，用于将获得的定位数据通过移动通信模块（2G GPRS或5G NB-IOT网络）传至后台服务器上，从而实现了在电脑或手机上查询终端(宠物)位置或历史轨迹。鉴于越来越多的宠物走失事件频频发生，宠物智能定位器应运而生，有了它的用武之地。天线是敏感元件，放置位置和方式有严格的限制。如果布局设计不合理，可能导致和其它器件之间的互相干扰，出现电磁兼容性（EMC）问题。宠物跟踪器中本身空间就有限，而且又有一些元件可能会严重干扰天线性能，诸如：金属线圈、电池等，这就使得在宠物跟踪器中实现圆极化天线的设计成为一项难题。

在部分应用场景中，留给天线的空间有限且地板的长宽不对称。传统的利用简并模分离的圆极化贴片天线设计方案不适合本应用场景是因为空间有限，且宠物跟踪器的不对称地板结构难以实现简并模的激励。另外，已报道的圆极化天线设计方案还包括利用移相馈电网络（双馈/多馈），这种方法不适合该专利所提出的宠物跟踪器应用场景是因为其需要额外的功分移相网络，这不仅增加了设计难度，也需要更大的空间。最后，已报道的基于互补辐射源的圆极化天线技术中构造互补辐射源需要特定的结构，难以在该专利提到的尺寸有限且电磁环境复杂的宠物跟踪器中应用。综上所述，传统的圆极化天线技术难以在该应用场景中实现良好的技术效果。

近年来，由于圆极化的优势，越来越多的移动终端设备中添加了圆极化天线。在现有技术方案中有：在智能手表中，利用地板的结构对称性实现基偶模的耦合激励，从而实现天线的圆极化设计，但是，该方案对地板结构对称性的依赖导致其在该专利中提到的宠物跟踪器中难以实现应用。在笔记本电脑中，基于倒T形和倒F形天线实现了圆极化，但是这种方案的辐射效率相对较低。在手机终端上，为了同时实现小型化和圆极化，会通过电容、电感等无源器件加载，利用高介电常数的基板，额外添加移相器等方案，这不仅增加成本，而且会导致天线带宽，辐射效率的恶化。综上所述，近些年提出的应用于移动终端设备上的圆极化天线技术在该应用场景中也并不适用。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种移动定位天线及定位跟踪器，以解决现有技术中存在的在尺寸有限且电磁环境复杂的应用场景下难以实现辐射效率高的圆极化天线。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：提供一种移动定位天线，包括金属地板、倒F天线和折叠枝节，所述倒F天线包括一个水平枝节以及均与所述水平枝节折弯连接的两个垂直枝节，其中一个所述垂直枝节与所述金属地板连接导通，另一个所述垂直枝节为馈电端口，所述水平枝节与所述金属地板间隔设置，所述折叠枝节包括依次折弯连接的第一金属枝节、第二金属枝节和第三金属枝节，所述第一金属枝节的远离所述第二金属枝节一端与所述金属地板连接导通，所述第二金属枝节和所述第二金属枝节均与所述金属地板间隔设置，所述第三金属枝节延伸至与所述水平枝节耦合馈电。

可选地，两个所述垂直枝节、所述第一金属枝节均与所述金属地板垂直设置，所述水平枝节、所述第二金属枝节和所述第三金属枝节均与所述金属地板平行设置。

可选地，所述垂直枝节和所述第一金属枝节的长度相同，所述垂直枝节和所述第一金属枝节的宽度相同。

可选地，所述第二金属枝节和所述第三金属枝节垂直连接，且所述第三金属枝节和所述水平枝节平行设置。

可选地，所述第三金属枝节和所述水平枝节之间的距离为5.5mm至6.5mm。

可选地，所述第二金属枝节和所述水平枝节之间的距离为11mm至12mm。

可选地，所述第二金属枝节朝向所述第一金属枝节的方向延伸形成延伸枝节。

可选地，所述移动定位天线还包括与所述金属地板间隔设置的介质基板，所述水平枝节、所述第二金属枝节和所述第三金属枝节均嵌设于所述介质基板。

本发明还提供一种定位跟踪器，包括上述的移动定位天线，还包括外壳，所述移动定位天线设置于所述外壳的内部。

可选地，所述外壳具有正对设置的第一内壁和第二内壁，所述金属地板固定于所述第一内壁，所述水平枝节、所述第二金属枝节和所述第三金属枝节均嵌设于所述第二内壁。

本发明提供的移动定位天线及定位跟踪器的有益效果在于：与现有技术相比，本发明移动定位天线包括金属地板、倒F天线和折叠枝节，合理利用金属地板与折叠枝节的辐射，以及倒F天线和折叠枝节之间的耦合馈电，使倒F天线的线级化辐射转换为圆极化辐射，如此在空间有限且电磁环境复杂的空间内实现了小型化与圆极化。另外，本发明的移动定位天线并没有太多的折叠，所以在众多的该频段内的小型化的天线中，其辐射效率相对比较高；该移动定位天线并没有采用额外的电容、电感加载或高介电常数板材及移相器等无源器件来实现小型圆极化，从而节约了生产成本，减小了天线的体积。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做简单地介绍，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，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明实施例提供的移动定位天线的立体结构图一；

图2为本发明实施例提供的移动定位天线的立体结构图二；

图3为本发明实施例提供的定位跟踪器的爆炸结构图；

图4为图3仿真的端口反射系数(S ₁₁)曲线；

图5(a)为图3仿真的θ为180°时轴比(AR)曲线；

图5(b)为图3仿真的θ为0°时的轴比(AR)曲线；

图6为图3仿真的辐射效率曲线；

图7(a)为图3仿真在1.575 GHz处的E面方向图；

图7(b)为图3仿真在1.575 GHz处的H面方向图；

图7(c)为图3仿真在1.57 GHz处的E面方向图；

图7(d)为图3仿真在1.57 GHz处的H面方向图；

图7(e)为图3仿真在1.577 GHz处的E面方向图；

图7(f)为图3仿真在1.577 GHz处的H面方向图。

其中，图中各附图标记：

1-金属地板；2-倒F天线；21-垂直枝节；211-第一垂直枝节；212-第二垂直枝节；22-水平枝节；23-过渡段；3-折叠枝节；31-第一金属枝节；311-延伸枝节；32-第二金属枝节；33-第三金属枝节；4-介质基板；5-外壳；51-第一内壁；52-第二内壁；6-电池。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

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间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。

需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“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，仅是为了便于描述本发明和简化描述，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发明的限制。

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一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

现对本发明实施例提供的移动定位天线进行说明。

请参阅图1及图2，图1为本发明实施例提供的移动定位天线的立体结构图一，图2为本发明实施例提供的移动定位天线的立体结构图二。移动定位天线包括金属地板1、倒F天线2和折叠枝节3，倒F天线2和折叠枝节3均与金属地板1连接导通，且倒F天线2和折叠枝节3之间间隔设置，使倒F天线2和折叠枝节3耦合馈电。

其中，倒F天线2包括一个水平枝节22和两个垂直枝节21，两个垂直枝节21均与水平枝节22折弯连接，水平枝节22与金属地板1间隔设置，使倒F天线2呈F型。其中一个垂直枝节21与金属地板1连接导通，另一个垂直枝节21为馈电端口，在该移动定位天线与外部结构连接馈电时，馈电线的一端连接导通于垂直枝节21，另一端连接导通于金属地板1。如此，在该移动定位天线中，对倒F天线2直接馈电，由于折叠枝节3与倒F天线2共用同一金属地板1，可以认为倒F天线2与金属地板1和折叠枝节3的组合分别为偶极子天线的两个臂。倒F天线2一般只能实现天线的线极化辐射，通过与折叠枝节3和金属地板1的配合，实现了圆极化辐射。

折叠枝节3包括依次折弯连接的第一金属枝节31、第二金属枝节32和第三金属枝节33。第一金属枝节31的一端与金属地板1连接导通，第一金属枝节31的另外一端与第二金属枝节32折弯连接，第二金属枝节32的另外一端与第三金属枝节33折弯连接。第二金属枝节32和第三金属枝节33均与金属地板1间隔设置。而且，第三金属枝节33延伸至与水平枝节22耦合馈电。通过上述对折叠枝节3和倒F天线2的布局，在金属地板1和折叠枝节3上延长了电流路径，实现了小型化且在平行于金属地板1的平面内提供了两个正交方向或者近似正交方向上的电流（第二金属枝节32和第三金属枝节33上的电流），这两个电流之间相位差近似相差90°，幅度近似相等，满足了圆极化的条件，且由于耦合作用，天线更易于调匹配。正因为该设计有效的利用了金属地板1参与辐射，所以可实现较高的辐射效率。

上述实施例中的移动定位天线，包括金属地板1、倒F天线2和折叠枝节3，合理利用金属地板1与折叠枝节3的辐射，以及倒F天线2和折叠枝节3之间的耦合馈电，使倒F天线2的线级化辐射转换为圆极化辐射，如此在空间有限且电磁环境复杂的空间内实现了小型化与圆极化。另外，本发明的移动定位天线并没有太多的折叠，所以在众多的该频段内的小型化的天线中，其辐射效率相对比较高；该移动定位天线并没有采用额外的电容、电感加载或高介电常数板材及移相器等无源器件来实现小型圆极化，从而节约了生产成本，减小了天线的体积。

在本发明的其中一个实施例中，请参阅图1及图2，两个垂直枝节21和第一金属枝节31均与金属地板1垂直设置，水平枝节22、第二金属枝节32和第三金属枝节33均与金属地板1平行设置。这样，第二金属枝节32和第三金属枝节33共面设置，能够在平行于金属地板1的平面内提供两个正交方向或者近似正交方向上的电流。可选地，第二金属枝节32和第三金属枝节33垂直连接，从而能够在平行于金属地板1的平面内提供两个正交方向的电流，提高圆极化的轴比。

可选地，垂直枝节21和第一金属枝节31的长度相同，垂直枝节21和第一金属枝节31的宽度相同，使倒F天线2和折叠枝节3的耦合效果更好，更有利于实现圆极化与小型化。垂直枝节21的长度为5mm至6mm，如5.3mm、5.5mm、5.6mm等，垂直枝节21的宽度为2.5mm至3.5mm，如2.5mm、2.8mm、3mm、3.2mm等。

可选地，第三金属枝节33和水平枝节22平行设置，使第三金属枝节33能够在Y方向上形成稳定的电流。其中，与第三金属枝节33的长度方向平行的方向为Y方向，与第二金属枝节32的长度方向平行的方向为X方向，与垂直枝节21的长度方向平行的方向为Z方向。金属地板1所在的平面与XOY平面平行。

可选地，水平枝节22、第二金属枝节32和第三金属枝节33均共面设置，使得倒F天线2的水平枝节22与折叠枝节3的第二金属枝节32和第三金属枝节33耦合馈电效率更高，能够提高该移动定位天线的辐射效率。

可选地，两个垂直枝节21分别为第一垂直枝节211和第二垂直枝节212，在Y方向上，第一金属枝节31、第一垂直枝节211和第二垂直枝节212依次排列，第一垂直枝节211为馈电端口，第二垂直枝节212与金属地板1连接导通。第一垂直枝节211、第二垂直枝节212和第一金属枝节31可均共面设置，使得电流耦合的效果更好。

在本发明的其中一个实施例中，请参阅图1及图2，第三金属枝节33和水平枝节22之间的距离为5.5mm至6.5mm，如5.5mm、6.1mm、6.3mm等。由于折叠枝节3与倒F天线2共用同一金属地板1，折叠枝节3的电流是从倒F天线2上耦合来的，两者的间距会影响耦合效果，从而影响圆极化天线的轴比和带宽。

在本发明的其中一个实施例中，请参阅图1及图2，第二金属枝节32和水平枝节22之间的距离为11mm至12mm，如11.2mm、11.5mm、11.7mm等。由于折叠枝节3与倒F天线2共用同一金属地板1，折叠枝节3的电流是从倒F天线2上耦合来的，两者的间距会影响耦合效果，从而影响圆极化天线的轴比和带宽。

在本发明的其中一个实施例中，请参阅图1及图2，第二金属枝节32朝向第一金属枝节31的方向延伸形成延伸枝节311。延伸枝节311由第二金属枝节32沿其长度方向延伸而成，延伸枝节311的设置可以改善该圆极化天线的轴比，使其圆极化辐射效率更高。延伸枝节311在第二金属枝节32长度方向上的尺寸可为1mm至2mm，如1.1mm、1.15mm、1.3mm、1.7mm等。

在本发明的其中一个实施例中，请参阅图2，移动定位天线还包括介质基板4，介质基板4与金属地板1间隔设置。更近一步地，介质基板4与金属地板1平行设置。水平枝节22、第二金属枝节32和第三金属枝节33均嵌设于介质基板4。这样，倒F天线2与折叠枝节3皆可依托定位跟踪器的外壳5作为介质基板4，使天线结构具有加工成本低，结构简单等优势。

本发明还提供一种定位跟踪器，请参阅图3，图3本发明实施例提供的定位跟踪器的爆炸结构图。定位跟踪器包括上述任一实施例中的移动定位天线。定位跟踪器还包括外壳5，移动定位天线设置在外壳5的内部。定位跟踪器可用于宠物、婴幼儿、容易遗失的耳机等移动终端上，用户可通过手机应用程序实时获取定位跟踪器的位置。

本发明提供的定位跟踪器，采用了上述的移动定位天线，移动定位天线包括金属地板1、倒F天线2和折叠枝节3，合理利用金属地板1与折叠枝节3的辐射，以及倒F天线2和折叠枝节3之间的耦合馈电，使倒F天线2的线级化辐射转换为圆极化辐射，如此在空间有限且电磁环境复杂的空间内实现了小型化与圆极化。另外，本发明的移动定位天线并没有太多的折叠，所以在众多的该频段内的小型化的天线中，其辐射效率相对比较高；该移动定位天线并没有采用额外的电容、电感加载或高介电常数板材及移相器等无源器件来实现小型圆极化，从而节约了生产成本，减小了天线的体积。

在本发明的其中一个实施例中，请参阅图3，定位跟踪器还包括电池6，电池6设置于外壳5的内部，电池6为定位跟踪器提供电能。由于电池6内具有金属，导致定位跟踪器内部的电磁环境复杂。电池6与金属地板1紧贴设置，使电池6成为金属地板1的一部分，在有限且电磁环境复杂的空间内实现了天线的小型化与圆极化。

在本发明的其中一个实施例中，请参阅图2及图3，外壳5具有正对设置的第一内壁51和第二内壁52。金属地板1固定于第一内壁51，水平枝节22、第二金属枝节32和第三金属枝节33均嵌设于第二内壁52，使外壳5的其中一部分作为天线的介质基板4，使天线结构具有加工成本低，结构简单等优势。

为了验证本发明的可行性，对本发明实施例提供的定位跟踪器进行仿真，仿真曲线请参阅图4至图7(f)，图4为图3仿真的端口反射系数(S ₁₁)曲线，图5(a)为图3仿真的θ为180°时轴比(AR)曲线，图5(b)为图3仿真的θ为0°时的轴比(AR)曲线，图6为图3仿真的辐射效率曲线，图7(a)为图3仿真在1.575 GHz处的E面方向图，图7(b)为图3仿真在1.575 GHz处的H面方向图，图7(c)为图3仿真在1.57 GHz处的E面方向图，图7(d)为图3仿真在1.57 GHz处的H面方向图，图7(e)为图3仿真在1.577 GHz处的E面方向图，图7(f)为图3仿真在1.577GHz处的H面方向图。该定位跟踪器中的天线的设计工作频段为1.57-1.577 GHz，带内反射系数小于-10 dB。由图5可见，仿真的轴比带宽为1.556-1.581GHz，由图6可见，仿真的效率优于73%，这是由于本发明的小型化天线并没有太多的折叠结构且利用了金属地板1的辐射。由图7(a)至图7(f)可见，在工作带宽内，天线为右旋圆极化，方向图良好无畸变。

其中，图4至图7(f)中定位跟踪器的关键尺寸如下：垂直枝节21和第一金属枝节31的长度为5.67mm、宽度为3mm，且两个垂直枝节21之间的距离为1.5mm，第一金属枝节31和与其相邻的垂直枝节21之间的距离为18.5mm；倒F天线2中，两个垂直枝节21均通过过渡段23与水平枝节22连接，过渡段23的长度为3mm、宽度为1.5mm；水平枝节22的长度为14.5mm、宽度为3mm；第二金属枝节32（包括延伸枝节311）的长度为15.4mm、宽度为3mm，延伸枝节311的延伸长度为1.15mm；第三金属枝节33的长度为26.25mm、宽度为3mm；第三金属枝节33和水平枝节22之间的距离为6.175mm；第二金属枝节32和水平枝节22之间的距离为11.5mm。外壳5的第一内壁51所在的板材作为介质基板4，其厚度为1.28毫米，相对介电常数为3.05，损耗为0.006；电池的长宽高分别为25mm、12.3mm、3.5mm。

在本发明所提供的实施例中，应该理解到，第一，如何在十分有限且电磁环境复杂的空间内利用倒F形天线与折叠枝节3和金属地板1之间的耦合来实现小型圆极化是本发明解决的核心技术问题；第二，该设计较于其他已有的设计方案的结构更加简单，易于加工，成本低，辐射效率高，方向图好。

以上为对本发明所提供的一种移动定位天线及定位跟踪器的描述，对于本领域的技术人员，依据本发明实施例的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (9)

1.一种移动定位天线，其特征在于：包括金属地板、倒F天线和折叠枝节，所述倒F天线包括一个水平枝节以及均与所述水平枝节折弯连接的两个垂直枝节，其中一个所述垂直枝节与所述金属地板连接导通，另一个所述垂直枝节为馈电端口，所述水平枝节与所述金属地板间隔设置，所述折叠枝节包括依次折弯连接的第一金属枝节、第二金属枝节和第三金属枝节，所述第一金属枝节的远离所述第二金属枝节一端与所述金属地板连接导通，所述第二金属枝节和所述第二金属枝节均与所述金属地板间隔设置，所述第三金属枝节延伸至与所述水平枝节耦合馈电；两个所述垂直枝节、所述第一金属枝节均与所述金属地板垂直设置，所述水平枝节、所述第二金属枝节和所述第三金属枝节均与所述金属地板平行设置；所述垂直枝节靠近所述水平枝节的第一端设置，所述第二金属枝节靠近所述水平枝节的第二端设置；所述倒F天线与所述金属地板和所述折叠枝节的组合分别为偶极子天线的两个臂，在平行于所述金属地板的平面内提供了两个正交方向的电流；通过对所述折叠枝节和所述倒F天线的布局，在所述金属地板和所述折叠枝节上延长了电流路径，实现了小型化。

2.如权利要求1所述的移动定位天线，其特征在于：所述垂直枝节和所述第一金属枝节的长度相同，所述垂直枝节和所述第一金属枝节的宽度相同。

3.如权利要求1所述的移动定位天线，其特征在于：所述第二金属枝节和所述第三金属枝节垂直连接，且所述第三金属枝节和所述水平枝节平行设置。

4.如权利要求3所述的移动定位天线，其特征在于：所述第三金属枝节和所述水平枝节之间的距离为5.5mm至6.5mm。

5.如权利要求3所述的移动定位天线，其特征在于：所述第二金属枝节和所述水平枝节之间的距离为11mm至12mm。

6.如权利要求1-5任一项所述的移动定位天线，其特征在于：所述第二金属枝节朝向所述第一金属枝节的方向延伸形成延伸枝节。

7.如权利要求1-5任一项所述的移动定位天线，其特征在于：所述移动定位天线还包括与所述金属地板间隔设置的介质基板，所述水平枝节、所述第二金属枝节和所述第三金属枝节均嵌设于所述介质基板。

8.一种定位跟踪器，其特征在于：包括权利要求1-7任一项所述的移动定位天线，还包括外壳，所述移动定位天线设置于所述外壳的内部。

9.如权利要求8所述的定位跟踪器，其特征在于：所述外壳具有正对设置的第一内壁和第二内壁，所述金属地板固定于所述第一内壁，所述水平枝节、所述第二金属枝节和所述第三金属枝节均嵌设于所述第二内壁。

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