CN203617423U - 一种兼容北斗卫星系统和gps频段的天线阵 - Google Patents
一种兼容北斗卫星系统和gps频段的天线阵 Download PDFInfo
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Abstract
本实用新型公开了一种兼容北斗卫星系统和GPS频段的天线阵，包括多个天线单元、共用接地板以及同轴连接器，其中所述同轴连接器包括同轴连接器内芯及同轴连接器外皮，每一天线单元均包括一个高介电常数复合介质基板和一个金属辐射贴片；所述多个天线单元共用所述共用接地板；所述同轴连接器内芯穿过高介电常数复合介质基板与上表面的金属辐射贴片通过焊锡连接，所述同轴连接器外皮与共用接地板焊接。本实用新型的工作频段覆盖北斗发射，GPSL1和B1频段，可广泛应用于便携式多模导航移动终端设备。
Description
技术领域
本实用新型涉及天线技术领域，具体涉及一种兼容北斗卫星系统和GPS频段的天线阵。
背景技术
随着导航技术的不断发展， GPS系统垄断市场的局面被逐渐打破。目前有四大全球卫星导航系统，其中包括: 美国的全球卫星定位系统GPS、俄罗斯GLONASS卫星导航系统、中国的北斗卫星导航系统、欧洲“伽利略”卫星导航系统。相比单一导航系统，兼容多制式系统以定位准确，工作可靠的显著优势，成为未来市场的发展趋势。该系统的某一种模式状态处于故障，其他部分仍可以运行，降低了失效风险，使导航设备能够全天候正常工作。再者，目前终端用户对于定位服务的迫切需求，对手机、便携式智能终端、移动车载等设备提出兼容定位的功能要求，迫使通讯产业和导航产业的相互融合，使小型化多模式导航系统具有广阔的市场应用前景。
天线作为接收机的关键器件，要求体积小、重量轻、覆盖频带宽。现有的北斗/GPS天线，通常采用叠层结构双模天线，即相对结构独立的GPS天线和北斗天线，上下叠加，组装在一起，这种天线剖面较单片式结构略高，结构复杂，加工工艺要求高。对于广泛使用的单模GPS天线体积控制在25mm×25mm×4mm ,单模北斗接收天线常见尺寸30mm×30mm×10mm。由于叠层结构的天线整体体积和结构复杂，增加了成本和调试难度，限制了其在便携式导航设备中的应用。
通常情况下，天线尺寸越大，其性能越好，但由于小型化终端设备对天线形状和物理尺寸的限制，常常需要缩小卫星导航天线的尺寸，同时导致设备接收性能下降，影响使用。因此，不断提高天线接收性能，拓展天线的小型化潜力是非常必要的。
实用新型内容
为解决现有技术中无法兼顾天线小型化与接收性能需要的不足，本实用新型的目的在于提供一种兼容北斗卫星系统和GPS频段的天线阵。
为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案为：
一种兼容北斗卫星系统和GPS频段的天线阵，包括多个天线单元、共用接地板以及同轴连接器，其中所述同轴连接器包括同轴连接器内芯及同轴连接器外皮，每一天线单元均包括一个高介电常数复合介质基板和一个金属辐射贴片；所述多个天线单元共用所述共用接地板；所述同轴连接器内芯穿过高介电常数复合介质基板与上表面的金属辐射贴片通过焊锡连接，所述同轴连接器外皮与共用接地板焊接。
作为以上技术方案的进一步改进，所述高介电常数复合介质基板的介电常数为20，具有底边为正方形的长方体结构。
作为以上技术方案的进一步改进，所述的金属辐射单元贴片为近似方形，其设有切角实现天线圆极化方式工作，并设有调谐枝节改变金属辐射单元贴片上的电流路径以优化圆极化特性和电压驻波比。
作为以上技术方案的进一步改进，所述多个天线单元沿着共用接地板的长边方向非均匀排列，与每一天线单元焊接的同轴连接器内芯分布在共用接地板的宽边中点的对称轴线上。
作为以上技术方案的进一步改进，所述同轴连接器的阻抗为50欧，采用MCX型。
作为以上技术方案的进一步改进，所述多个天线单元个数为3个。
作为以上技术方案的进一步改进，所述高介电常数复合介质基板的介电常数为20，具有尺寸分别为15mm×15mm×4mm和23mm×23mm×4mm的长方体结构。
作为以上技术方案的进一步改进，所述高介电常数复合介质基板尺寸由左至右依次为15mm×15mm×4mm、23mm×23mm×4mm和23mm×23mm×4mm，且高介电常数复合介质基板尺寸为23mm×23mm×4mm的两个天线单元间距为14mm。
作为以上技术方案的进一步改进，共用接地板的宽度在32mm-40mm的范围内选择。
作为以上技术方案的进一步改进，所述共用接地板为80mm×40mm矩形金属板。
本实用新型的有益效果在于：
与现有技术相比，本实用新型研发的兼容北斗卫星系统和GPS频段的天线阵具有结构简单，尺寸小，调试便捷，覆盖北斗收发, GPS L1和B1等多个频段，可广泛应用于多模导航移动终端设备。
附图说明
下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明：
图1为本实用新型的一个实施例整体结构的俯视图；
图2为图1所示实施例整体结构的侧视图；
图3为图1所示实施例在2.40GHz-2.60GHz工作频段的电压驻波曲线图；
图4为图1所示实施例在1.50GHz-1.62GHz工作频段的电压驻波曲线图；
图5为图1所示实施例在1.50GHz-1.70GHz工作频段的电压驻波曲线图；
图6为图1所示实施例频率为1.560Ghz的辐射方向图；
图7为图1所示实施例频率为1.575GHz的辐射方向图；
图8为图1所示实施例频率为1.616GHz的辐射方向图；
图9为图1所示实施例频率为2.492GHz的辐射方向图。
具体实施方式
本实用新型提供一种用于北斗收发兼容GPS L1和B1频段便携式多模导航系统手持终端的小型化天线阵。所述小型化天线阵由多个天线单元、同轴连接器以及共用接地板3组成。
具体地，参照图1，其中所示的实施例包括3个天线单元。每个天线单元由金属辐射单元贴片2和高介电常数复合介质基板1组成，而同轴连接器则由同轴连接器内芯4与同轴连接器外皮5组成，其中同轴连接器内芯4与金属辐射单元贴片2相连，同轴连接器外皮5与共用接地板3焊接。同轴连接器输出的能量从馈电端输入，激起天线的表面电流，由此产生辐射。
优选地，在此实施例中同轴连接器阻抗50欧，采用MCX型。
在此实施例中，本实用新型选择的高介电常数复合介质基板1采用国产高频复合介质基板，介电常数为20，厚度为4mm，介质基板形状为底边为正方形的长方体，目的是为了减小天线单元的尺寸，实现小型化要求。
优选地，高介电常数复合介质基板1的尺寸有15mm×15mm×4mm和23mm×23mm×4mm两种长方体结构。
本实用新型的天线单元采用的金属辐射单元贴片2为近似方形贴片，通过设置切角7实现天线圆极化方式工作，调谐枝节8的目的是优化圆极化特性和电压驻波比。金属辐射单元贴片2的尺寸由HFSS软件计算，经过实测调整得到本实用新型的具体尺寸。
在此实施例中，本实用新型采用的共用接地板3为80mm×40mm矩形金属板，根据实际使用的情况，共用接地板3的宽边大小可以在40mm-32mm的范围内选择，相应调整每个天线单元的切角7，金属辐射单元贴片2及其上的调谐枝节8的大小，仍可使方便地满足整机要求。
优选地，本实用新型的多个天线单元沿着共用接地板3的长边方向非均匀排列；每个天线单元焊接的同轴连接器内芯4分布在共用接地板3的宽边中点的对称轴线上。
参照图2，位于阵列中间的天线单元尺寸（即高介电常数复合介质基板1的尺寸）为23mm×23mm×4mm，为北斗发射频段天线单元，阵列右侧的天线单元尺寸为23mm×23mm×4mm，为北斗接收天线单元，阵列左侧的天线单元尺寸为15mm×15mm×4mm，为北斗B1兼容L1频段。由于采用共地结构，天线之间存在较强的互耦效应，经过调试，改变北斗发射单元和B1、L1单元的介质尺寸和贴片大小，在有限的安装空间内优化单元间距为 14mm，天线单元之间隔离度有效提高4dB，达到端口之间在对应工作频段14dB隔离要求，进一步降低天线单元互耦效应，覆盖1550MHz-1580MHz，1610MHz-1625 MHz，2485MHz-2500MHz工作频段， B1频段、L1频段、北斗发射频段、北斗接收频段四个工作频段均被覆盖。满足整机对方向图要求，具体参照图6、图7、图8和图9。
因此，复合介质基板1尺寸为23mm×23mm×4mm的两个天线单元间距为14mm。
参照图3、图4和图5，根据以上结构设计的兼容北斗卫星系统和GPS频段的天线阵，覆盖北斗收发，GPS L1和B1四个频段，电压驻波均小于2；北斗接收频段的最大增益是3.2dBi。北斗发射频段最大增益是2.58dBi，GPS L1的最大增益是 3.7dBi，B1最大增益是4.0dBi，满足多模导航移动终端用户设备要求。
以上对本实用新型的实施进行了具体说明，但本实用新型并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本实用新型精神的前提下还可做出种种的等同变形或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。
Claims (10)
1.一种兼容北斗卫星系统和GPS频段的天线阵，包括多个天线单元、共用接地板（3）以及同轴连接器，其中所述同轴连接器包括同轴连接器内芯（4）及同轴连接器外皮（5），其特征在于：
每一天线单元均包括一个高介电常数复合介质基板（1）和一个金属辐射贴片（2）；
所述多个天线单元共用所述共用接地板（3）；
所述同轴连接器内芯（4）穿过高介电常数复合介质基板（1）与上表面的金属辐射贴片（2）通过焊锡连接，所述同轴连接器外皮（5）与共用接地板（3）焊接。
2.根据权利要求1所述的兼容北斗卫星系统和GPS频段的天线阵，其特征在于，所述高介电常数复合介质基板（1）的介电常数为20，具有底边为正方形的长方体结构。
3.根据权利要求1所述的兼容北斗卫星系统和GPS频段的天线阵，其特征在于，所述的金属辐射单元贴片（2）为近似方形，其设有切角（7）实现天线圆极化方式工作，调谐枝节（8）优化圆极化特性和电压驻波比。
4.根据权利要求1所述的兼容北斗卫星系统和GPS频段的天线阵，其特征在于，所述多个天线单元沿着共用接地板（3）的长边方向非均匀排列，与每一天线单元焊接的同轴连接器内芯（4）分布在共用接地板（3）的宽边中点的对称轴线上。
5.根据权利要求1所述的兼容北斗卫星系统和GPS频段的天线阵，其特征在于，所述同轴连接器的阻抗为50欧，采用MCX型。
6.根据以上权利要求任一所述的兼容北斗卫星系统和GPS频段的天线阵，其特征在于，所述多个天线单元个数为3个。
7.根据权利要求6所述的兼容北斗卫星系统和GPS频段的天线阵，其特征在于，所述高介电常数复合介质基板（1）的介电常数为20，具有尺寸分别为15mm×15mm×4mm和23mm×23mm×4mm的长方体结构。
8.根据权利要求6所述的兼容北斗卫星系统和GPS频段的天线阵，其特征在于，所述高介电常数复合介质基板（1）尺寸由左至右依次为15mm×15mm×4mm、23mm×23mm×4mm和23mm×23mm×4mm，且高介电常数复合介质基板（1）尺寸为23mm×23mm×4mm的两个天线单元间距为14mm。
9.根据权利要求6所述的兼容北斗卫星系统和GPS频段的天线阵，其特征在于，共用接地板（3）的宽边在32mm-40mm的范围内选择。
10.根据权利要求9所述的兼容北斗卫星系统和GPS频段的天线阵，其特征在于，所述共用接地板（3）为80mm×40mm矩形金属板。
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