CN117691349A - 一种板载小型化uwb单极子天线及测角组合 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种板载小型化UWB单极子天线及测角组合，属于UWB单极子天线领域，包括位于电路板表层的铺铜边缘位置的单极子天线本体和经连接线与单极子天线本体连接的匹配电路，单极子天线本体及以单极子天线本体为中心宽度方向上四分之一波长范围内的电路板上设置有净空区；单极子天线本体的一端与电路板连接。本发明采用上述板载小型化UWB单极子天线及测角组合，采用单极子天线，相对于PATCH型具有更大的带宽和更高的辐射效率，同时通过设置解耦电路，可减少多支天线之间的影响，具有较好的交叉极化抑制，同时进一步提升测角性能。
Description
技术领域
本发明涉及UWB天线单极子技术领域，尤其涉及一种板载小型化UWB单极子天线及测角组合。
背景技术
UWB技术(超宽带技术)的最初形式为脉冲无线通信，起源于20世纪40年代，低侦侧率等通信设备中使用。其是一种不用载波，而通过对具有很陡上升和下降时间的脉冲进行调制(通常，脉冲宽度在0.20-1.5ns之间)的一种通信，也称为脉冲无线电(ImpulseRadio).时域(TimeDomain)或无载波(CarrierFree)通信，具有GHz量级的带宽，并因其发射能量相当小，因此可在不占用现在已经拥挤不堪频率资源的情况下带来一种全新的语音及数据通信方式。
传统的超宽带单极子天线结构如下：
CN202210436499.5公开了一种UWB天线结构及移动终端(PATCH型)，UWB天线结构包括天线区，天线区位于UWB天线结构的第一层，天线区包括辐射贴片，用于实现第一频段信号的收发；辐射贴片为矩形，辐射贴片沿宽度方向开设有多个间隔排列的天线接地孔，首端的天线接地孔至末端的天线接地孔的距离与辐射贴片的宽度相等。
其具有以下缺陷：
1、采用PATCH型带宽和辐射效率受限；
2、天线之间容易相互影响，降低测角性能；
3、天线四周均需设置避让电路板地，增加了整体的体型。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供一种板载小型化UWB单极子天线及测角组合，通过设置解耦电路，可减少多支天线之间的影响，具有较好的交叉极化抑制，同时进一步提升测角性能。
为实现上述目的，本发明提供了一种板载小型化UWB单极子天线，包括位于电路板表层的铺铜边缘位置的单极子天线本体和经连接线与单极子天线本体连接的匹配电路，单极子天线本体及以单极子天线本体为中心宽度方向上四分之一波长范围内的电路板上设置有净空区；
单极子天线本体的一端与电路板连接。
优选的，单极子天线本体在长度方向的尺寸为四分之一波长，单极子天线本体在宽度方向尺寸为长度方向尺寸的0.2-0.4倍。
优选的，匹配电路设置于电路板上且靠近单极子天线本体的位置。
优选的，匹配电路为PI型匹配、L型匹配中的一种及其组合。
一种测角组合，包括电路板、集成于电路板上的控制器以及设置于电路板侧边的测角本体，测角本体为XOZ面测角结构、YOZ面测角结构中的任意一种或者组合，XOZ面测角结构或者YOZ面测角结构均由如上述权利要求1-4任一项所述的UWB单极子天线组成，UWB单极子天线的匹配电路经射频阻抗线与控制器相连，UWB单极子天线、匹配电路和控制器均集成于电路板上，UWB单极子天线与电路板的边缘连接。
优选的，XOZ面测角结构包括第一UWB单极子天线和第二UWB单极子天线，YOZ面测角结构包括第一UWB单极子天线和第三UWB单极子天线；
第一UWB单极子天线的中心点和第二UWB单极子天线的中心点的纵坐标相同，且第一UWB单极子天线的中心点与第二UWB单极子天线的中心点之间的X方向距离不大于半波长，同时第一UWB单极子天线和第二UWB单极子天线沿电路板铺铜区域边沿的物理中心设置有第一解耦电路；
第一UWB单极子天线的中心点和第三UWB单极子天线的中心点的横坐标相同，且第一UWB单极子天线的中心点与第三UWB单极子天线的中心点之间的Y方向距离不大于半波长，同时第一UWB单极子天线和第三UWB单极子天线电路板铺铜区域边沿的物理中心有第二解耦电路。
优选的，第一解耦电路和第二解耦电路均包括两端均连接于电路板上的走线和串联于走线上的解耦器件。
优选的，第一解耦电路和第二解耦电路均为设置于电路板铺铜区域上的倒T型走线以及设置于倒T型走线远离电路板末端的解耦器件，电路板上且围绕倒T型走线的位置开设有位于不同层的多个地孔。
优选的，解耦器件为电容、电感、分布式电路中的一种及其任意组合，分布式电路包括绕线或者平行走线。
优选的，以X极化测角时，第一UWB单极子天线和第二UWB单极子天线在X方向走向相反，第一UWB单极子天线和第三UWB单极子天线在X轴方向走向相同；
以Y极化测角时，第一UWB单极子天线和第二UWB单极子天线在Y方向走向相同，第一UWB单极子天线和第三UWB单极子天线在Y轴方向走向相反。
本发明具有以下有益效果：
1、通过设置解耦电路，可减少多支天线之间的影响，具有较好的交叉极化抑制，同时进一步提升测角性能，且解耦电路简单，一般可通过单颗电容或电感或其组合即可实现，有利于实现小型化；
2、采用宽带单极子天线，相对于PATCH型具有更大的带宽和更高的辐射效率；
3、只占用电路边缘区域，最大限度的减少对其它电路模块的影响，且单极子天线本体约4.5mm*2mm，占据较小的电路板面积，实现了整体小型化。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明的一种板载小型化UWB单极子天线的结构示意图；
图2为本发明的一种测角组合在Y极化测角时布置图；
图3为本发明的一种测角组合在X极化测角时布置图
图4为本发明的一种测角组合的实施例1的结构电路原理图；
图5为本发明的一种测角组合的实施例2的结构电路原理图；
图6为本发明的仿真实验的无解耦电路且第一UWB单极子天线工作时，第一UWB单极子天线和第二UWB单极子天线表面电流分布图；
图7为本发明的仿真实验的有解耦电路且第一UWB单极子天线工作时，第一UWB单极子天线和第二UWB单极子天线表面电流分布图；
图8为本发明的仿真实验的无解耦电路，第一UWB单极子天线工作时的方向图；
图9为本发明的仿真实验的有解耦电路，第一UWB单极子天线工作时的方向图；
图10为本发明的仿真实验的天线隔离度对比图；
图11为本发明的仿真实验的无解耦电路时PDOA-AOA曲线图；
图12为本发明的仿真实验的有解耦电路时PDOA-AOA曲线图。
其中：1、单极子天线本体；2、净空区；3、匹配电路；4、控制器；5、电路板；6、第一UWB单极子天线；7、第二UWB单极子天线；8、第三UWB单极子天线；9、第一解耦电路；10、第二解耦电路；11、解耦器件。
具体实施方式
为了使本发明实施例公开的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明实施例进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本发明实施例，并不用于限定本发明实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。所述实施例的示例在附图中示出，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。
需要说明的是，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或服务器不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“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，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，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。
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
如图1所示，一种板载小型化UWB单极子天线，包括位于电路板5表层的铺铜边缘位置的单极子天线本体1和经连接线与单极子天线本体1连接的匹配电路3，单极子天线本体1及以单极子天线本体1为中心宽度方向上四分之一波长范围内的电路板5上设置有净空区2，在净空区2内各层电路板5无走线或铺铜，避免天线对周围电路产生影响；单极子天线本体1的一端与电路板5连接。
单极子天线本体1在长度方向的尺寸为四分之一波长，单极子天线本体1在宽度方向尺寸为长度方向尺寸的0.2-0.4倍。
匹配电路3设置于电路板5上且靠近单极子天线本体1的位置。且匹配电路3为PI型匹配、L型匹配中的一种及其组合。
一种测角组合，包括电路板5、集成于电路板5上的控制器4以及设置于电路板5侧边的测角本体，测角本体为XOZ面测角结构、YOZ面测角结构中的任意一种或者组合，XOZ面测角结构或者YOZ面测角结构均由如上述权利要求1-4任一项所述的UWB单极子天线组成，UWB单极子天线的匹配电路3经射频阻抗线与控制器4相连，射频阻抗线的特征阻抗为48欧姆-52欧姆，UWB单极子天线、匹配电路3和控制器4均集成于电路板5上，UWB单极子天线与电路板5的边缘连接。
XOZ面测角结构包括第一UWB单极子天线6和第二UWB单极子天线7，YOZ面测角结构包括第一UWB单极子天线6和第三UWB单极子天线8；第一UWB单极子天线6的中心点和第二UWB单极子天线7的中心点的纵坐标相同，在本实施例中Y方向最大允许偏差建议不超过十分之一波长，且第一UWB单极子天线6的中心点与第二UWB单极子天线7的中心点之间的X方向距离不大于半波长，同时第一UWB单极子天线6和第二UWB单极子天线7沿电路板5铺铜区域边沿的物理中心设置有第一解耦电路9；第一UWB单极子天线6的中心点和第三UWB单极子天线8的中心点的横坐标相同，在本实施例中X方向最大允许偏差建议不超过十分之一波长，且第一UWB单极子天线6的中心点与第三UWB单极子天线8的中心点之间的Y方向距离不大于半波长，同时第一UWB单极子天线6和第三UWB单极子天线8电路板5铺铜区域边沿的物理中心有第二解耦电路10。
实施例1，如图4所示，第一解耦电路9和第二解耦电路10均包括两端均连接于电路板5上的走线和串联于走线上的解耦器件11。
实施例2，如图5所示，第一解耦电路9和第二解耦电路10均为设置于电路板5铺铜区域上的倒T型走线以及设置于倒T型走线远离电路板5末端的解耦器件11，电路板5上且围绕倒T型走线的位置开设有位于不同层的多个地孔。
解耦器件11为电容、电感、分布式电路中的一种及其任意组合，分布式电路包括绕线或者平行走线。
本实施例中的解耦电路总面积约2mm*1.5mm。
如图3所示，以X极化测角时，第一UWB单极子天线6和第二UWB单极子天线7在X方向走向相反，第一UWB单极子天线6和第三UWB单极子天线8在X轴方向走向相同；如图2所示，以Y极化测角时，第一UWB单极子天线6和第二UWB单极子天线7在Y方向走向相同，第一UWB单极子天线6和第三UWB单极子天线8在Y轴方向走向相反。
本实施例所述的UWB单极子天线走向为天线的布置走向，即UWB单极子天线与电路板5连接的方向。
还需要说明的是图2和图3所示布局仅为举例，在本实施例中还可将第二UWB单极子天线7沿Y方向移动到和第三UWB单极子天线8位于相同的Y方向的位置，此时即可利用第二UWB单极子天线7和第三UWB单极子天线8实现XOZ面测角，第一UWB单极子天线6和第三UWB单极子天线8实现YOZ面测角；也可将第一UWB单极子天线6沿X方向移至和第二UWB单极子天线7具有相同X方向的位置，此时第一UWB单极子天线6和第二UWB单极子天线7实现XOZ面测角，第二UWB单极子天线7和第三UWB单极子天线8实现YOZ面测角。
且在本实施例中，还可在X方向极化的基础上旋转90°实现Y方向极化测角，或者旋转45°实现其他方向极化，在此不再一一列举。
仿真实验
由图6和图7可知，可看出无解耦电路时第一UWB单极子天线6工作时，第二UWB单极子天线7上有较多电流，表明两支UWB单极子天线相互影响较大；整个电路板5上(UWB单极子天线的参考地)电流分布均匀，参考地上沿X方向及Y方向均有较多电流，交叉极化抑制较弱，方向图上有凹坑(如图8所示)，影响测角性能。有解耦电路时，第一UWB单极子天线6工作时，第二UWB单极子天线7上电流较弱，表明两支UWB单极子天线相互影响较小(如图10所示，两支UWB单极子天线间隔离度提升约15db)，且参考地上电流主要分布在第一UWB单极子天线6侧，并且以纵向为主，具有较好的交叉极化抑制，方向图凹坑较少(如图9所示)。同时如图11和图12所示，可知有解耦电路时，测角性能有明显提升(单调性和收敛性更好)。从而证明了本发明。
因此，本发明采用上述板载小型化UWB单极子天线及测角组合，通过设置解耦电路，可减少多支天线之间的影响，具有较好的交叉极化抑制，同时进一步提升测角性能。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而这些修改或者等同替换亦不能使修改后的技术方案脱离本发明技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种板载小型化UWB单极子天线，其特征在于：包括位于电路板表层的铺铜边缘位置的单极子天线本体和经连接线与单极子天线本体连接的匹配电路，单极子天线本体及以单极子天线本体为中心宽度方向上四分之一波长范围内的电路板上设置有净空区；
单极子天线本体的一端与电路板连接。
2.根据权利要求1所述的一种板载小型化UWB单极子天线，其特征在于：单极子天线本体在长度方向的尺寸为四分之一波长，单极子天线本体在宽度方向尺寸为长度方向尺寸的0.2-0.4倍。
3.根据权利要求1所述的一种板载小型化UWB单极子天线，其特征在于：匹配电路设置于电路板上且靠近单极子天线本体的位置。
4.根据权利要求1所述的一种板载小型化UWB单极子天线，其特征在于：匹配电路为PI型匹配、L型匹配中的一种及其组合。
5.一种测角组合，其特征在于：包括电路板、集成于电路板上的控制器以及设置于电路板侧边的测角本体，测角本体为XOZ面测角结构、YOZ面测角结构中的任意一种或者组合，XOZ面测角结构或者YOZ面测角结构均由如上述权利要求1-4任一项所述的UWB单极子天线组成，UWB单极子天线的匹配电路经射频阻抗线与控制器相连，UWB单极子天线、匹配电路和控制器均集成于电路板上，UWB单极子天线与电路板的边缘连接。
6.根据权利要求5所述的一种测角组合，其特征在于：XOZ面测角结构包括第一UWB单极子天线和第二UWB单极子天线，YOZ面测角结构包括第一UWB单极子天线和第三UWB单极子天线；
第一UWB单极子天线的中心点和第二UWB单极子天线的中心点的纵坐标相同，且第一UWB单极子天线的中心点与第二UWB单极子天线的中心点之间的X方向距离不大于半波长，同时第一UWB单极子天线和第二UWB单极子天线沿电路板铺铜区域边沿的物理中心设置有第一解耦电路；
第一UWB单极子天线的中心点和第三UWB单极子天线的中心点的横坐标相同，且第一UWB单极子天线的中心点与第三UWB单极子天线的中心点之间的Y方向距离不大于半波长，同时第一UWB单极子天线和第三UWB单极子天线电路板铺铜区域边沿的物理中心有第二解耦电路。
7.根据权利要求6所述的一种测角组合，其特征在于：第一解耦电路和第二解耦电路均包括两端均连接于电路板上的走线和串联于走线上的解耦器件。
8.根据权利要求6所述的一种测角组合，其特征在于：第一解耦电路和第二解耦电路均为设置于电路板铺铜区域上的倒T型走线以及设置于倒T型走线远离电路板末端的解耦器件，电路板上且围绕倒T型走线的位置开设有位于不同层的多个地孔。
9.根据权利要求7或8所述的一种测角组合，其特征在于：解耦器件为电容、电感、分布式电路中的一种及其任意组合，分布式电路包括绕线或者平行走线。
10.根据权利要求6所述的一种测角组合，其特征在于：以X极化测角时，第一UWB单极子天线和第二UWB单极子天线在X方向走向相反，第一UWB单极子天线和第三UWB单极子天线在X轴方向走向相同；
以Y极化测角时，第一UWB单极子天线和第二UWB单极子天线在Y方向走向相同，第一UWB单极子天线和第三UWB单极子天线在Y轴方向走向相反。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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