CN117117493A - 天线装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种天线装置，包括上下层叠、间隔布置的上层介质板和下层介质板，在下层介质板上设置有接地层，天线装置包括频段控制单元，频段控制单元包括设置在下层介质板上的第一馈电线以及第二馈电线以及设置在上层介质板上的具有旋转对称几何形状的辐射环路，第一馈电线和第二馈电线分别借助第一馈电结构和第二馈电结构联接至辐射环路的第一馈入点和第二馈入点，以实现对辐射环路馈电，第一馈入点和辐射环路中心的连线与第二馈入点和辐射环路中心的连线相垂直，频段控制单元还包括在所述上层介质板上设置的多组寄生枝节，每组寄生枝节分别短接至接地层，多组寄生枝节布置成使得辐射环路与寄生枝节组合形成紧密耦合的电场。

Description

天线装置

技术领域

本发明涉及卫星通信设备领域，特别地涉及用于卫星定位的天线装置。

背景技术

目前涵盖高精度GNSS（Global Navigation Satellite System）卫星定位的车载圆极化天线大多为双频段的陶瓷贴片天线，该类天线由两块较厚的陶瓷块上下堆叠组合而成，两个频点的等效相位中心在垂直方向上存在高度差，不利于高精度卫星定位系统双频相位中心一致的需求。且上下陶瓷块表面镀有多层金属覆层，金属覆层之间相互耦合，使得两个工作频点相互影响，不易独立调试。

此外，现有的车载天线（例如双频双馈圆极化卫星天线）的设计过程中还遇到这样的技术问题：卫星定位系统双频相位中心高度方向不一致；天线的辐射场容易受到外部环境的干扰，导致天线传输性能的下降；对于双频天线而言，两个频段的辐射结构之间会产生不必要的耦合，二者的辐射场相互影响，不易对各个频段结构进行独立设计；天线剖面较高不利于装配；多频天线集成的隔离度不够、信号串扰强；天线研发制造成本高等等。

本发明旨在克服现有的天线的一个或多个问题。

发明内容

根据本发明的天线装置使得能够提供一种高精度GNSS卫星定位、车载圆极化天线，该高精度车载卫星定位天线性能以及结构得到优化，并且使得能够提供包含单频段或双频段（例如GNSS L1（1.559–1.606 GHz）、GNSS L5（1.166–1.192 GHz）双频段）或更多频段、具有低剖面性、紧凑性和优定位性能的天线。

鉴于此，根据本发明的一方面，提出了一种天线装置，其特征在于，包括上下层叠、间隔布置的上层介质板和下层介质板，在所述下层介质板上设置有接地层，所述天线装置包括频段控制单元，所述频段控制单元包括设置在所述下层介质板上的第一馈电线以及第二馈电线以及设置在所述上层介质板上的具有旋转对称几何形状的辐射环路，所述第一馈电线和所述第二馈电线分别借助第一馈电结构和第二馈电结构联接至所述辐射环路的第一馈入点和第二馈入点，以实现对所述辐射环路馈电，所述第一馈入点和所述辐射环路的中心的连线与所述第二馈入点和所述辐射环路的中心的连线相垂直，所述频段控制单元还包括在所述上层介质板上设置的多组寄生枝节，每组寄生枝节分别短接至所述接地层，所述多组寄生枝节在环绕穿过所述辐射环路的中心的竖直轴沿着所述辐射环路并与所述辐射环路相邻地延伸的假想寄生环上彼此相间隔地分布，使得所述辐射环路与所述寄生枝节组合形成紧密耦合的电场。

根据本发明的天线装置具有平面环天线结构，采用GNSS 单频双馈圆极化天线架构。其中，辐射环路采用独立的正交方向耦合馈电端口，独特的电场零极点分布特性提高了同频段内的两个正交馈电端口之间的隔离度。此外，通过在辐射环路与寄生枝节之间形成紧密耦合的电场，可使天线装置形成向内耦合的束缚场，降低了外界环境的干扰。此外，基于该天线架构，可根据不同卫星定位频段需求扩展出高精度双频/更多频的天线装置。

有利地，所述辐射环路的几何形状为方形，并且所述辐射环路的第一馈入点和第二馈入点分别设置在所述辐射环路的两条相邻边的中心点。

有利地，所述多组寄生枝节包括四组寄生枝节，所述四组寄生枝节分别设置在寄生环上与所述辐射环路的四个角部相邻的位置处，每组寄生枝节包括平行于辐射环路的相邻两边延伸的枝节腿部。

有利地，所述多组寄生枝节与所述辐射环路位于同一平面上。

有利地，所述寄生环设置在所述辐射环路的内侧。

有利地，所述频段控制单元还包括在所述上层介质板上设置的用于调节天线性能的调配枝节，所述调配枝节自所述辐射环路朝向所述辐射环路的中心延伸。

有利地，所述天线装置包括两个所述频段控制单元，其中第一频段控制单元的辐射环路与第二频段控制单元的辐射环路同心且同面地设置在所述上层介质板上，第一频段控制单元的辐射环路与第二频段控制单元的辐射环路形状相似，对称轴重合，且两者相隔预定距离。

有利地，第一频段控制单元的适用频率比第二频段控制单元的适用频率高，第一频段控制单元的假想寄生环与第一频段控制单元的辐射环路设置在同一平面上且位于第一频段控制单元的辐射环路的内侧，第二频段控制单元的假想寄生环与第二频段控制单元的辐射环路设置在同一平面上且位于第二频段控制单元的辐射环路的外侧。

有利地，第一频段控制单元的辐射环路与第二频段控制单元的辐射环路为方形，两辐射环路具有两条公共的对角线，第一频段控制单元的辐射环路的第一馈入点和第二馈入点分别关于所述两条公共的对角线中的第一对角线对称地设置在第一频段控制单元的辐射环路的两条相邻边的中心点处，第二频段控制单元的辐射环路的第一馈入点和第二馈入点分别关于所述第一对角线对称地设置在第二频段控制单元的辐射环路的两条相邻边的中心点处，所述第一频段控制单元的辐射环路的第一馈入点和第二馈入点与第二频段控制单元的辐射环路的第一馈入点和第二馈入点位于所述两条公共的对角线中的第二对角线的不同侧。

有利地，第一频段控制单元的辐射环路与第二频段控制单元的辐射环路为方形，两辐射环路具有两条公共的对角线，第一频段控制单元的辐射环路的第一馈入点和第二馈入点分别关于所述两条公共的对角线中的第一对角线对称地设置在第一频段控制单元的辐射环路的两条相邻边的中心点处，第二频段控制单元的辐射环路的第一馈入点和第二馈入点分别关于所述第一对角线对称地设置在第二频段控制单元的辐射环路的两条相邻边的中心点处，所述第一频段控制单元的辐射环路的第一馈入点和第二馈入点与第二频段控制单元的辐射环路的第一馈入点和第二馈入点位于所述两条公共的对角线中的第二对角线的不同侧。

有利地，第二频段控制单元的寄生枝节包括分别设置在位于第二频段控制单元的辐射环路外侧的寄生环上的与第二频段控制单元的辐射环路的四个角部相邻的位置处的四组第二寄生枝节，每组第二寄生枝节包括平行于辐射环路的相邻两边延伸的枝节腿部。

有利地，第一频段控制单元包括设置在所述上层介质板上、自第一频段控制单元的辐射环路朝向第一频段控制单元的辐射环路的中心延伸的、至少一对对称地设置在所述对角线上的第一调配枝节，和/或第二频段控制单元包括设置在所述上层介质板上、自第二频段控制单元的辐射环路朝向第二频段控制单元的辐射环路的中心延伸的、至少一对对称地设置在所述对角线上的第二调配枝节。

根据本发明的双频天线装置与现有的双频天线装置相比，具有低剖面结构特性（例如0.05λ₀的整体侧面高度），可以灵活地融入车身平面设计构成车载隐藏式卫星定位天线系统。在卫星定位天线系统和其他高精度定位应用中，双频段天线通常用于接收和处理不同频率的信号，以实现更高的定位精度。由于不同频段的信号在传播过程中会出现不同的相位延迟，因此需要保证天线在两个频段上的相位中心位置相同，才能使得两个频段的信号能够正确地组合和处理，从而提高定位精度。根据本发明的双频天线装置的设计结构，对应两个不同的GNSS工作频点的两辐射环路中心重合，满足较为理想的双频等效相位中心一致性，提升高精度卫星定位系统性能。此外，根据本发明的双频天线装置具有向内耦合的束缚场，降低了与其他频点辐射环路之间的耦合，易于双频段独立设计。

有利地，所述天线装置包括三个或三个以上的所述频段控制单元，所述频段控制单元的辐射环路同面且同心地设置在上层介质板上，相邻两辐射环路相隔预定距离，所有频段控制单元的辐射环路形状相似，且对称轴重合。

有利地，所述上层介质板借助至少一个支承结构支承在所述下层介质板上。

有利地，所述至少一个支承结构包括用于将频段控制单元的寄生枝节与所述下层介质板的接地层相连接的金属柱。

有利地，在所述上层介质板的中心处形成有镂空结构。

有利地，所述上层介质板和所述下层介质板为PCB板/印制电路板。

根据本发明的天线装置可用作高精度GNSS卫星定位的隐藏式车载圆极化天线。该圆极化天线可用于接收和发送各种类型的圆极化信号，如GPS信号、移动通信信号、卫星电视信号、广播电台信号等。这种圆极化信号相比于线性极化信号具有更好的传输性能，并且可以有效地减少信号衰减和多径干扰，因此广泛应用于车辆等交通工具中。此外，根据本发明的圆极化天线装置一体集成了用于GNSS车载卫星定位的单频或双频或多频工作频段。并且该圆极化天线装置具有低剖面结构特性，可以灵活地融入车身平面设计，具有较为理想的等效相位中心一致性，提升高精度卫星定位系统性能。此外，基于PCB板的制造工艺简单，制造成本低，也便于批量生产。

附图说明

通过纳入本文的附图以及随后与附图一起用于说明本发明的某些原理的具体实施方式，本发明的方法所具有的其它特征和优点将变得清楚或更为具体地得以说明。

图1示出根据本发明的第一实施例的天线装置的立体示意图；

图2示出根据本发明的第一实施例的天线装置的侧剖视图；

图3示出根据本发明的第一实施例的天线装置中一个馈电端口所激发的电场示意图；

图4示出根据本发明的第一实施例的天线装置中第一馈入点和第二馈入点的布置的变型；

图5示出根据本发明的第一实施例的天线装置中馈电线布置的变型；

图6示出根据本发明的第一实施例的天线装置的S参数曲线图；

图7示出根据本发明的第一实施例的天线装置的轴比图；

图8示出根据本发明的第一实施例的天线装置的辐射增益图；

图9示出根据本发明的第二实施例的天线装置的立体示意图；

图10示出根据本发明的第二实施例的天线装置的平面示意图；

图11示出根据本发明的第二实施例的天线装置的S参数曲线图。

具体实施方式

下面将参照附图并通过实施例来描述根据本发明的天线装置。在下面的描述中，阐述了许多具体细节以便使所属技术领域的技术人员更全面地了解本发明。但是，对于所属技术领域内的技术人员明显的是，本发明的实现可不具有这些具体细节中的一些。相反，可以考虑用下面的特征和要素的任意组合来实施本发明，而无论它们是否涉及不同的实施例。因此，下面的各个方面、特征、实施例和优点仅作说明之用而不应被看作是权利要求的要素或限定。

根据本发明的天线装置大体具有平面环天线结构，基于介质板例如PCB板实现，具有较低的整体侧面高度，可以灵活地融入车身平面设计，构成车载隐藏式卫星定位天线系统。

天线装置的第一实施例

图1-2示出根据本发明的第一实施例的天线装置1’。天线装置1’包括上下层叠、间隔布置的上层介质板11和下层介质板12。上层介质板例如借助于支承结构支承在下层介质板上。在图1所示的有利实施例中，上层介质板11和下层介质板12均实施为PCB板。有利地，上层介质板平行于下层介质板。

根据本实施例的天线装置1’包括频段控制单元10’，其构造用于控制天线装置的特定频段的性能。频段控制单元10’包括设置在下层介质板12上的第一馈电线101’和第二馈电线102’以及设置在上层介质板11上的具有旋转对称几何形状的辐射环路103’。辐射环路103’蚀刻在上层介质板11的平面侧面（例如底侧平面）上。第一馈电线101’和第二馈电线102’分别通过第一馈电结构1011’和第二馈电结构1021’联接至辐射环路103’以对辐射环路进行馈电。在所示实施例中，第一馈电结构1011’和第二馈电结构1021’与辐射环路103’保持一定间距，以对辐射环路103’进行耦合馈电。第一馈电结构1011’包括与第一馈电线101’连接的耦合金属柱M1以及位于耦合金属柱M1上方且与辐射环路103’在竖直方向上间隔开的贴片P1，第二馈电结构1021’包括与第二馈电线102’连接的耦合金属柱M2以及位于耦合金属柱M2上方且与辐射环路103’在竖直方向上间隔开的贴片P2。贴片优选具有圆形形状。第一馈电结构和第二馈电结构的贴片在竖直方向上在辐射环路上的投影位置可视为辐射环路的第一馈入点F1和第二馈入点F2。

在图1所示的实施例中，辐射环路103’的第一馈入点F1和辐射环路103’的中心O的连线与第二馈入点F2和辐射环路的中心O的连线相垂直，使得其中一个馈入点会在由另一馈入点在辐射环路上激发的电场的零点位置处馈入信号。

在下层介质板12的底面覆有整面的金属层（例如金属铜），以实施为接地层12b，即用作用于第一馈电线和第二馈电线以及辐射环路的地。虽然图中示出接地层12b位于下层介质板的底部，但可以理解，接地层也可设置为下层介质板的其他层。例如，接地层12b可以设置于下层介质板的上层，相应地，第一馈电线和第二馈电线可以设置于下层介质板的底层。

频段控制单元10’还包括在上层介质板上设置的多组寄生枝节104’p。每组寄生枝节分别短接至接地层12b，多组寄生枝节在环绕穿过辐射环路的中心的竖直轴沿着辐射环路并与辐射环路相邻地延伸的假想寄生环C上彼此相间隔地分布，使得辐射环路与寄生枝节组合形成紧密耦合的电场。在图1所示的实施例中，多组寄生枝节104’p与辐射环路103’设置在上层介质板的同一平面上。在一有利实施例中，寄生枝节所在的寄生环C设置在辐射环路103’的内侧。

频段控制单元10’还包括在上层介质板上设置的多组寄生枝节104’p。每组寄生枝节分别短接至接地层12b，多组寄生枝节在环绕穿过辐射环路的中心的竖直轴沿着辐射环路并与辐射环路相邻地延伸的假想寄生环C上彼此相间隔地分布，使得辐射环路与寄生枝节组合形成紧密耦合的电场。在图1所示的实施例中，多组寄生枝节104’p与辐射环路103’设置在上层介质板的同一平面上。在一有利实施例中，寄生枝节所在的寄生环C设置在辐射环路103’的内侧。

在所示的实施例中，辐射环路103’大体呈方形。辐射环路的第一馈入点和第二馈入点位于方形辐射环路的相邻两边的中心点。在寄生环上与方形辐射环路的四个角部相邻的位置处各放置有一组寄生枝节104’p。每组寄生枝节包括平行于辐射环路的相邻两边延伸的枝节腿部104’p1, 104’p2。两枝节腿部的连接点（即，直角角部）通过寄生金属柱104’c短接到下层介质板12的接地层12b。

寄生环上布置的这些短路的寄生枝节104’p通常被用来改善天线辐射的性能，例如调整阻抗匹配或控制天线辐射的极化方向等。在图1中所示的配置中，寄生枝节104’p与方形辐射环路103’形成紧密耦合的电场，使得方形辐射环路的边缘场受到短路接地的寄生枝节的影响向内束缚，减少了边缘场向外扩散的情况，从而降低了外界环境对该方形辐射环路的干扰。

在图1所示的实施例中，上层介质板11的中心处形成有镂空结构13。该镂空结构例如可以通过从上层介质板的中心处上挖去一部分而形成。

整体而言，在上层介质板11上，方形辐射环路与寄生环的四个角部处的寄生枝节组合，形成以上层介质板的中心法向方向（垂直于上层介质板）为轴的水平旋转对称结构，确保了第一馈入点F1处以及与第一馈入点处正交90°方向上的第二馈入点F2处产生等幅正交的线极化分量，以便于在空间中形成圆极化的辐射波束。

具体地，如图3所示，该天线装置1’可以产生类似微带贴片天线形式的电场零极点分布。在第一馈电线101’和第一馈电结构1011’共同作用的情况下，方形辐射环路103’与寄生环C上四个角部处的耦合短路寄生枝节的金属覆铜表面组合形成了两侧电场最强、中心电场最弱的电场分布模式。并且，在该种电场工作模式下，电场强度最弱处恰好处于第二馈电线102’和第二馈电结构1021’的馈电处，同时耦合金属柱通过上方的圆形贴片对方形辐射环路进行耦合馈电，由此，形成双馈电端口的高隔离度。在此双馈结构下，可以在远场空间中激发出两个正交的线极化辐射分量，并进一步地结合馈电移相形成圆极化辐射。

虽然图1中示出第一馈入点F1和第二馈入点F2分别处于方形辐射环路的相邻两边的中心点，可以理解，第一馈入点F1和第二馈入点F2也可处于方形辐射环路的相邻两边的非中心点位置，只要第一馈入点F1和辐射环路的中心的连线与第二馈入点F2和辐射环路的中心的连线相垂直即可，例如如图4中所示。

具体圆极化实施过程也可例如参见图5所示，下层介质板12上表面刻蚀有一分二的90°移相器电路，第一馈电线和第二馈电线具体实施为与移相器连接的两个不等长的传输线L1, L2，传输线L1, L2通过单一的端口105馈入能量。

参见图6-8所示，可见根据本实施例的天线装置1’的单频圆极化性能得到改进。如图6所示，-10dB阻抗带宽可以实现从1.56GHz至1.61GHz的50MHz的工作带宽。如图7所示，3dB轴比带宽可以满足GNSS L1频段的工作需求。如图8所示，最大圆极化辐射增益达到了3dBiC，可以提升卫星定位系统的传输信号质量。

参见图1所示，频段控制单元10’还包括在上层介质板上设置的用于调节天线性能的调配枝节106’，调配枝节自辐射环路朝向辐射环路的中心延伸。在图1所示的实施例中，调配枝节106’为设置在方形辐射环路的对角线上的一对枝节，其中第一馈入点F1和第二馈入点F2分别位于调配枝节106’所在对角线的两侧。通过对调配枝节的长度进行调节，可以微调或优化天线性能。

虽然图1中示出，根据本发明的第一实施例的天线装置1’中，寄生环C位于辐射环路103’的内侧，但是可以理解，寄生环（即寄生枝节）也可设置在辐射环路的外侧。

虽然图1所示的实施例中，在第一馈入点和第二馈入点处对辐射环路进行耦合馈电，但是，可以理解，也可以对辐射环路进行直接馈电，例如通过焊接方法将耦合金属柱的上端与辐射环路电连接。

根据本发明的天线装置的第二实施例

基于以上所述的具有单频环天线架构的第一实施例，可以进一步扩展出具有双频设计的第二实施例。

参见图9和图10所示，根据本发明的第二实施例的天线装置1’包括两个频段控制单元，其中第一频段控制单元10’’-1和第二频段控制单元10’’-2具有与本发明第一实施例的频段控制单元10’相同的构型。

即，第一频段控制单元10’’-1具有辐射环路103’’-1、用于对相应的辐射环路进行馈电耦合的第一馈电线101’’-1和第二馈电线102’’-1以及构造用于与相应辐射环路形成紧密耦合电场的寄生枝节104’’p-1。第一频段控制单元10’’-1的第一馈电线101’’-1通过耦合金属柱M1-1在第一馈入点F1-1对辐射环路103’’-1进行耦合馈电。第一频段控制单元10’’-1的第二馈电线102’’-1通过耦合金属柱M2-1在第二馈入点F2-1对辐射环路103’’-1进行耦合馈电。

第二频段控制单元10’’-2具有辐射环路103’’-2、用于对相应的辐射环路进行馈电耦合的第一馈电线101’’-2和第二馈电线102’’-2以及构造用于与相应辐射环路形成紧密耦合电场的寄生枝节104’’p-2。第二频段控制单元10’’-2的第一馈电线101’’-2通过耦合金属柱M1-2在第一馈入点F1-2对辐射环路103’’-2进行耦合馈电。第二频段控制单元10’’-2的第二馈电线102’’-2通过耦合金属柱M2-2在第二馈入点F2-2对辐射环路103’’-2进行耦合馈电。

第一频段控制单元10’’-1的辐射环路103’’-1与第二频段控制单元10’’-2的辐射环路103’’-2同心且同面地设置在上层介质板11上，第一频段控制单元的辐射环路与第二频段控制单元的辐射环路形状相似，对称轴重合，且两者相隔预定距离。

在图9和图10所示的双频环天线实施例中，具有处于内侧的辐射环路103’’-1的第一频段控制单元10’’-1为高频段控制单元。具有处于外围的辐射环路103’’-2的第二频段控制单元10’’-2为低频段控制单元。也就是说，第一频段控制单元的适用频率比第二频段控制单元的适用频率高。高频段控制单元的辐射环路103’’-1与低频段控制单元的辐射环路103’’-2为方形。高频段控制单元的寄生枝节所在的假想寄生环C-1与低频段控制单元的寄生枝节所在的假想寄生环C-2也相应设计成方形。

在图9和图10所示的实施例中，高频段控制单元的假想寄生环C-1（或相应寄生枝节）与高频段控制单元的辐射环路103’’-1设置在同一平面上。低频段控制单元的假想寄生环C-2（或相应寄生枝节）与低频段控制单元的辐射环路103’’-2设置在同一平面上。高频段控制单元的寄生环C-1设置在高频段控制单元的辐射环路103’’-1的内侧。低频段控制单元的寄生环C-2设置在低频段控制单元的辐射环路103’’-2的外侧。方形辐射环路103’’-1,103’’-2与在相邻的方形寄生环上的四个直角处放置的相应频段的多组寄生枝节104’’p-1, 104’’p-2共同组合形成相应频段控制部分。高频段控制单元的每组寄生枝节104’’p-1包括平行于相应辐射环路103’’-1的相邻两边延伸的枝节腿部104’’p1-1, 104’’p2-1。低频段控制单元的每组寄生枝节104’’p-2包括平行于辐射环路103’’-2的相邻两边延伸的枝节腿部104’’p1-2, 104’’p2-2。

两辐射环路103’’-1，103’’-2具有两条公共的对角线k1, k2，高频段控制单元的辐射环路的第一馈入点F1-1和第二馈入点F2-1分别关于两条公共对角线中的第一对角线k1对称地设置在高频段控制单元的辐射环路103’’-1的两条相邻边的中心点处，低频段控制单元的辐射环路的第一馈入点F1-2和第二馈入点F2-2分别关于第一对角线k1对称地设置在低频段控制单元的辐射环路103’’-2的两条相邻边的中心点处，高频段控制单元的辐射环路103’’-1的第一馈入点F1-1和第二馈入点F2-1与低频段控制单元的辐射环路103’’-2的第一馈入点F1-2和第二馈入点F2-2位于两条公共对角线中的第二对角线k2的不同侧。

在低频段控制单元中，各组低频寄生枝节104’’p-2在其枝节腿部104’’p1-2,104’’p2-2的连接点（转弯的直角）处通过寄生金属柱104’’c-2短接到下层介质板12的接地层12b，外围的方形辐射环路103’’-2与在相邻的方形寄生环上的四个直角处放置的多组低频寄生枝节104’’p-2共同组合，形成紧密耦合的电场，约束了外围的方形辐射环路的边缘场。

在高频段控制单元中，各组高频寄生枝节104’’p-1在其枝节腿部104’’p1-1,104’’p2-1的连接点（转弯的直角）处通过寄生金属柱104’’c-1短接到下层介质板12的接地层12b，内侧的方形辐射环路103’’-1与在相邻的方形寄生环上的四个直角处放置的多组高频寄生枝节104’’p-1共同组合，形成紧密耦合的电场，约束了内侧的方形辐射环路的边缘场。

也即，在不影响高频段控制单元（例如GNSS L1（1.559–1.606 GHz）的卫星定位频段）的方形辐射环路103’’-1的设计的情况下，通过在上层介质板11上在方形辐射环路103’’-1外围设置具有较大尺寸的方形辐射环路103’’-2和相应配套的短路寄生枝节104’’p-2，以便于在同一对介质板上增设低频段控制单元（例如，GNSS L5（1.166–1.192 GHz）的卫星定位频段）。两频段控制单元的辐射环路在高度方向上无距离差，保证了高精度卫星定位的相位中心一致性。

此外，与两个频段控制单元的辐射环路103’’-1，103’’-2相邻地设置的紧耦合的短路寄生枝节104’’p-1, 104’’p-2确保两个频段控制单元的辐射环路的边缘电场内束缚，不仅降低了两个频段控制单元的辐射环路之间的耦合，有益于双频段独立设计，而且约束了向外的耦合，降低了外界环境带来的影响。同时，两个频段控制单元的辐射环路在其工作频点均具有如图3所示的电场工作模式，在两个频段上均可以形成了相似的零极点电场分布模式，天然隔离了双频段内双馈电端口，降低了双频双馈耦合。双环结构整体上呈现出的对称特性，确保两频段下通过正交的端口产生等幅度的两个正交极化分量，便于双频段圆极化波束的生成。

在图9所示的实施例中，高频段控制单元包括设置在上层介质板11上的一对第一调配枝节106’’-1，第一调配枝节自高频段控制单元的辐射环路朝向高频段控制单元的辐射环路103’’-1的中心延伸。第一调配枝节对称地设置在第一对角线k1上。低频段控制单元包括设置在上层介质板11上的一对第二调配枝节106’’-2，第二调配枝节自低频段控制单元的辐射环路朝向低频段控制单元的辐射环路103’’-2的中心延伸。第二调配枝节对称地设置在第一对角线k1上。第一调配枝节和第二调配枝节构造用于天线性能的微调与优化。

虽然图9所示的实施例中根据本发明的第二实施例的天线装置中高频段控制单元仅包括一对第一调配枝节，低频段控制单元仅包括一对第二调配枝节，但可以理解，高频段控制单元可包括分别设置在第一和第二对角线上的但枝节长度不等的两对第一调配枝节，低频段控制单元可包括分别设置在第一和第二对角线上的但枝节长度不等的两对第二调配枝节。如此设置调配枝节，使得能够产生微扰效果，起到调整优化频率的目的。

双频双环天线的工作性能如图11所示，通过微调自两个辐射环路延伸的调配枝节，可以改善谐振频带，满足双频GNSS的阻抗带宽需求。

根据本发明的第二实施例的天线装置1’中，环形平面天线架构有益于独立开发双频双馈的圆极化GNSS卫星定位天线，一体集成双频的平面设计有益于相位中心一致的高精度卫星定位要求，超低的剖面结构可以灵活地融入车身平面设计，便于车载隐藏式卫星定位天线系统的开发。此外，两个工作频段的边缘电场均具有内束缚特性，不仅降低了两个频段辐射环路之间的耦合，有利于双频段之间的独立工作特性，而且约束了向外的耦合，降低了外界环境带来的影响。

根据本发明的多频天线装置

基于根据本发明的第一实施例的单频天线装置和/或根据本发明的第二实施例的双频天线装置外，可扩展出具有更多（即三个或三个以上）频段控制单元的多频天线装置（未示出）。在多频天线装置中，频段控制单元的辐射环路同面且同心地设置在上层介质板上，相邻两辐射环路相隔预定距离，所有频段控制单元的辐射环路形状相似，且对称轴重合。

虽然图1和图9中所示的本发明实施例中寄生枝节和辐射环路设置在同一平面上，但是可以理解，同一频段控制单元中的辐射环路和相应的寄生枝节可以设置在上层介质板的不同层上。例如，高频段控制单元中的辐射环路设置在上层介质板的上层，而相应的寄生枝节或寄生枝节环位于上层介质板的下层。或者，高频段控制单元中的辐射环路设置在上层介质板的下层，而相应的寄生枝节或寄生枝节环位于上层介质板的上层。同样，低频段控制单元中的辐射环路和相应的寄生枝节可以设置在上层介质板的不同层上。有利地，高频段控制单元中的辐射环路和低频段控制单元中的辐射环路设置在上层介质板上位于同一平面内，以确保始终获得用于高精度卫星定位的相位中心的一致性。

根据本发明的多频天线装置具有超低的剖面特性、小尺寸的环形平面天线结构，可以灵活地融入车身平面设计，适用于高精度GNSS卫星定位系统的车载隐藏式天线。此外，在不影响当前辐射环路工作的情况下，可以方便地增加用于不同的GNSS频段的辐射环路和配套的短路寄生枝节，得到多频段多馈电天线结构，扩展天线装置的频段适用范围，使得将多个频段的控制部分集成在同一对介质板上，进一步提高天线装置的紧凑性以及集成特性。此外，所有频段控制单元的辐射环路处于同一平面，辐射环路中心一致，高度方向上无距离差，保证了用于高精度卫星定位的相位中心一致性。而且，各频段辐射环路和相应短路寄生枝节形成独有的内束场设计，有益于改善各频段控制部分之间以及外界环境对天线系统的影响。

虽然上述单频天线装置、双频天线装置以及多频天线装置的辐射环路都示出为具有方形结构，可以理解，除方形之外的其他旋转对称几何形状的辐射环路同样可用于根据本发明的天线装置。例如，圆形、椭圆形、三角形、五边形、六边形等。相应地，同属于同一频段控制单元的与辐射环路相邻的寄生环上的寄生枝节与辐射环路紧密耦合，同样可以将环形边缘电场向内束缚，减少与外界环境的耦合。此外，每一频段控制单元中，第一馈入点和第二馈入点在相应辐射环路上的布置方式使得形成了特有的零极点电场分布模式。该零极点电场分布模式结合耦合馈电方式，大大降低了馈电端口之间的耦合。整体呈环型的辐射结构具有对称特性，保障了等幅度的两个正交极化分量，便于圆极化波束（例如圆极化卫星定位波束）的生成。

根据本发明的天线装置1’有利地基于PCB板加工实现。上层PCB板通过支承结构支承在下层PCB板上。支承结构可包括用于将频段控制单元10’, 10’’-1, 10’’-2的寄生枝节104’p, 104’’p-1, 104’’p-2与下层PCB板的接地层12b相连接的寄生金属柱104’c, 104’’c-1, 104’’c-2。由此使得根据本发明的天线装置的制造工艺简单、制造成本进一步降低。

综上所述，根据本发明的天线装置能够实现以下优点中的至少一者：

结构特性：具有隐藏式的低剖面天线架构，平面式一体集成的单频段/双频段/多频段尺寸小、结构紧凑；

电气特性：3dBiC圆极化辐射增益增强卫星定位系统质量，独有的电场零极点分布以及特有的耦合馈电方式形成双馈电端口的高隔离度，灵活的多端口多频段独立设计开发与通信频带的扩展，此外，对于双频段或多频段天线架构，相位中心的高一致性确保满足高精度GNSS卫星定位需求；以及

工程特性：低制造成本，制造工艺简单，耦合内场不易受外界装配环境影响，且便于批量生产。

在本文中，方位词“上”、“下”、“顶”和“底”表示的是天线装置按照图1所示的姿态放置时所指代的方位。这些方位词的引入是为了便于描述天线装置的结构，而并不对其构成任何实质性的限制。

在本文中，“高频段控制单元”和“低频段控制单元”中的“高”和“低”是指各适用的频率相对彼此而言的高低比较，具体频段所在范围的大小与相应辐射环路的尺寸相对应。此处，并非限制高频段控制单元和低频段控制单元的适用频率在某一特定范围内。

本领域技术人员可以理解的是，根据本发明的方法的各个步骤并不限于按照上述所列举的次序来实施。此外，在本发明中，“包含”和“包括”之类的用语表示除了具有在说明书和权利要求书中有直接和明确表述的步骤以外，本申请的技术方案也不排除具有未被直接或明确表述的其它步骤的情形。

虽然本发明已以较佳实施例披露如上，但本发明并非限于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内所作的各种更动与修改，均应纳入本发明的保护范围内，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (17)

1.一种天线装置，其特征在于，包括上下层叠、间隔布置的上层介质板（11）和下层介质板（12），在所述下层介质板（12）上设置有接地层（12b），

所述天线装置（1’）包括频段控制单元（10’），所述频段控制单元包括设置在所述下层介质板（12）上的第一馈电线（101’）以及第二馈电线（102’）以及设置在所述上层介质板（11）上的具有旋转对称几何形状的辐射环路（103’），

所述第一馈电线（101’）和所述第二馈电线（102’）分别借助第一馈电结构（1011’）和第二馈电结构（1021’）联接至所述辐射环路（103’）的第一馈入点（F1）和第二馈入点（F2），以实现对所述辐射环路（103’）馈电，所述第一馈入点和所述辐射环路的中心的连线与所述第二馈入点和所述辐射环路的中心的连线相垂直，

所述频段控制单元（10’）还包括在所述上层介质板（11）上设置的多组寄生枝节（104’p），每组寄生枝节分别短接至所述接地层（12b），所述多组寄生枝节（104’p）在环绕穿过所述辐射环路（103’）的中心的竖直轴沿着所述辐射环路并与所述辐射环路相邻地延伸的假想寄生环（C）上彼此相间隔地分布，使得所述辐射环路与所述寄生枝节组合形成紧密耦合的电场。

2.根据权利要求1所述的天线装置，其特征在于，所述辐射环路（103’）的几何形状为方形，并且所述辐射环路的第一馈入点和第二馈入点分别设置在所述辐射环路的两条相邻边的中心点。

3.根据权利要求2所述的天线装置，其特征在于，所述多组寄生枝节（104’p）包括四组寄生枝节，所述四组寄生枝节分别设置在寄生环上与所述辐射环路的四个角部相邻的位置处，每组寄生枝节包括平行于辐射环路的相邻两边延伸的枝节腿部（104’p1, 104’p2）。

4.根据权利要求3所述的天线装置，其特征在于，所述多组寄生枝节与所述辐射环路（103’）位于同一平面上。

5.根据权利要求4所述的天线装置，其特征在于，所述寄生环设置在所述辐射环路（103’）的内侧。

6.根据权利要求1所述的天线装置，其特征在于，所述频段控制单元（10’）还包括在所述上层介质板（11）上设置的用于调节天线性能的调配枝节（106’），所述调配枝节自所述辐射环路（103’）朝向所述辐射环路的中心延伸。

7.根据权利要求1所述的天线装置，其特征在于，所述天线装置（1’）包括两个所述频段控制单元，其中第一频段控制单元（10’’-1）的辐射环路（103’’-1）与第二频段控制单元（10’’-2）的辐射环路（103’’-2）同心且同面地设置在所述上层介质板（11）上，第一频段控制单元的辐射环路与第二频段控制单元的辐射环路形状相似，对称轴重合，且两者相隔预定距离。

8.根据权利要求7所述的天线装置，其特征在于，第一频段控制单元的适用频率比第二频段控制单元的适用频率高，第一频段控制单元的假想寄生环（C-1）与第一频段控制单元的辐射环路（103’’-1）设置在同一平面上且位于第一频段控制单元的辐射环路（103’’-1）的内侧，第二频段控制单元的假想寄生环（C-2）与第二频段控制单元的辐射环路（103’’-2）设置在同一平面上且位于第二频段控制单元的辐射环路（103’’-2）的外侧。

9.根据权利要求8所述的天线装置，其特征在于，第一频段控制单元的辐射环路与第二频段控制单元的辐射环路为方形，两辐射环路具有两条公共的对角线（k1, k2），第一频段控制单元的辐射环路（103’’-1）的第一馈入点（F1-1）和第二馈入点（F2-1）分别关于所述两条公共的对角线中的第一对角线（k1）对称地设置在第一频段控制单元的辐射环路的两条相邻边的中心点处，第二频段控制单元的辐射环路（103’’-2）的第一馈入点（F1-2）和第二馈入点（F2-2）分别关于第一对角线（k1）对称地设置在第二频段控制单元的辐射环路的两条相邻边的中心点处，第一频段控制单元的辐射环路（103’’-1）的第一馈入点（F1-1）和第二馈入点（F2-1）与第二频段控制单元的辐射环路（103’’-2）的第一馈入点（F1-2）和第二馈入点（F2-2）位于所述两条公共的对角线中的第二对角线（k2）的不同侧。

10. 根据权利要求9所述的天线装置，其特征在于，第一频段控制单元的寄生枝节（104’’p-1）包括分别设置在位于第一频段控制单元的辐射环路内侧的寄生环上的与第一频段控制单元的辐射环路的四个角部相邻的位置处的四组第一寄生枝节，每组第一寄生枝节包括平行于辐射环路的相邻两边延伸的枝节腿部（104’’p1-1, 104’’p2-1）。

11.根据权利要求 9所述的天线装置，其特征在于，第二频段控制单元的寄生枝节（104’’p-2）包括分别设置在位于第二频段控制单元的辐射环路外侧的寄生环上的与第二频段控制单元的辐射环路的四个角部相邻的位置处的四组第二寄生枝节，每组第二寄生枝节包括平行于辐射环路的相邻两边延伸的枝节腿部（104’’p1-2, 104’’p2-2）。

12.根据权利要求9所述的天线装置，其特征在于，第一频段控制单元包括设置在所述上层介质板（11）上、自第一频段控制单元的辐射环路（103’’-1）朝向第一频段控制单元的辐射环路的中心延伸的、至少一对对称地设置在所述对角线上的第一调配枝节（106’’-1），和/或第二频段控制单元包括设置在所述上层介质板（11）上、自第二频段控制单元的辐射环路（103’’-2）朝向第二频段控制单元的辐射环路的中心延伸的、至少一对对称地设置在所述对角线上的第二调配枝节（106’’-2）。

13.根据权利要求1所述的天线装置，其特征在于，所述天线装置包括三个或三个以上的所述频段控制单元，所述频段控制单元的辐射环路同面且同心地设置在上层介质板上，相邻两辐射环路相隔预定距离，所有频段控制单元的辐射环路形状相似，且对称轴重合。

14.根据权利要求1-13中任一项所述的天线装置，其特征在于，所述上层介质板（11）借助至少一个支承结构支承在所述下层介质板（12）上。

15.根据权利要求14所述的天线装置，其特征在于，所述至少一个支承结构包括用于将频段控制单元的寄生枝节（104’p, 104’’p-1, 104’’p-2）与所述下层介质板的接地层（12b）相连接的金属柱（104’c, 104’’c-1, 104’’c-2）。

16.根据权利要求1-13中任一项所述的天线装置，其特征在于，在所述上层介质板（11）的中心处形成有镂空结构（13）。

17.根据权利要求1-13中任一项所述的天线装置，其特征在于，所述上层介质板（11）和所述下层介质板（12）为PCB板。