CN204464448U - 小型化gnss通用导航天线 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种小型化GNSS通用导航天线，它包括馈线馈电点、短路环接地点、馈线、天线下盖、金属反射板、天线振子、振子支撑架、射频PCB、有源放大电路及元件、屏蔽罩，馈线馈电点和短路环接地点之间设有天线短路环，天线短路环与射频PCB相垂直，天线振子按照PIFA平面螺旋方式环绕并构成平面螺旋臂，平面螺旋臂与射频PCB平行，且平面螺旋臂与天线短路环相连接。本实用新型所得到的一种小型化GNSS通用导航天线，制作工艺简单，成本低，能实现天线小型化，且辐射效率强，大大拓展了天线带宽，且天线低仰角增益增大，有利于接收到更多卫星的信号，并采用天线短路环实现阻抗匹配，使得频率调整和阻抗调整相对独立，调整方式简单，有利于生产调试。
Description
技术领域
本实用新型涉及卫星导航天线技术领域，尤其是一种小型化GNSS通用导航天线。
背景技术
全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System，GNSS)是利用卫星为用户提供定位、导航、测绘、监测、授时服务。卫星导航具有全时空、全天侯、高精度、连续实时提供导航、定位和授时的特点，因此在经济发展、社会建设及管理、科学研究、灾害评估及防控以及军事领域起着至关重要的作用，关系国防安全和人们生活的方方面面。
目前全球有四大全球导航卫星系统(GNSS):美国的GPS（Global Positioning System）、俄罗斯的GLONASS（Global Navigation Satellite System）、欧洲的Galileo和中国的北斗COMPASS。在民用导航方面，四大导航系统的工作频段为：美国GPS的L1（1575.42±1.023MHz）、俄罗斯GLONASS的G1（1602±0.5625MHz）、欧洲Galileo的E1（1561.098±2.046MHz）和中国北斗二代的B1（1561.098±2.046MHz）频段。由于这些系统的卫星分布在不同的轨道平面,对每一个用户而言，单个导航系统的卫星在空间的分布有限，定位服务的精确度、安全性、可靠性和可用性无法得到保障；因政治、军事的需要，卫星系统的主控方还可能暂停服务或提供错误信息；未来的卫星定位导航必将是多模式兼容，多系统联合定位，多个导航系统的卫星形成互补和相互验证，能够增加可见卫星的数量,提高定位的精度、可靠性和安全性。特别是在城市峡谷、密林深处等信号受到严重遮挡的情况下优势很明显，卫星导航接收机向着多模兼容的方向发展。
天线位于卫星导航系统的前端，主要功能是用于接收卫星导航信号，其性能的优劣在一定程度上决定着卫星导航系统的性能。如今的导航天线不仅要满足用户对接收卫星导航信号质量的要求，还要符合导航终端体积小型化的要求，因此天线尽可能占用较小的空间体积，同时保证较好的天线性能。目前，市场上比较多的导航天线产品只是涵盖GPS频段或者GPS、GLONASS频段，或者北斗二代与GPS结合的频段。因此有必要设计能够覆盖四大导航系统的GNSS天线，同时兼顾四大卫星导航系统，实现全球导航卫星系统共用的通用导航天线。考虑到工艺差异及应用环境差异，天线覆盖的频段要求更大。民用的GNSS通用导航天线工作频率为1559.052-1602.5625 MHz，带宽43.5105MHz。
目前应用的导航天线主要采用螺旋天线和贴片天线技术为主，它们都有各自的优缺点。
螺旋天线为宽带天线，能覆盖GNSS频段，平面螺旋天线尺寸与工作波长成正比，因此天线整体笨重、体积较大、占用空间大，制造成本高；立体螺旋天线纵向高度较大，剖面高、难以共形、制作复杂；并且螺旋天线一般需要复杂的馈电结构，两臂螺旋需要巴伦结构，四臂螺旋需要分路器。如申请号为201410117350.6的发明专利，发明名称为“一种宽带宽波束圆极化四臂螺旋天线”，采用电桥实现功分器功能。申请号为201410125651.3的发明专利，发明名称为一种顶端谐振四臂螺旋天线，采用一分四正交功分器实现功分功能。
贴片天线具有结构简单、体积较小等优点。但采用常规设计方式，为了实现小型化，一般采用高介电陶瓷，需要采用稀土材料高温烧结及金银等贵重金属，工艺复杂成本高，横向尺寸最常用的为25*25mm，纵向高度为6～10mm。阻抗带宽比较窄，通常只有15～20MHz的带宽，因此不能同时覆盖GNSS的所有频段。而采用低介电材料作为介质材料，天线的尺寸又较大，如采用FR4作为介质，横向尺寸一般为80mm*80mm左右。
因此采用螺旋天线和贴片天线技术，低成本、小型化、宽频带是相互矛盾的设计难题，所以现有技术无法同时满足低成本、小型化GNSS通用导航天线的需求。
实用新型内容
本实用新型的目的是为了解决上述技术的不足而提供一种低成本、小型化的小型化GNSS通用导航天线。
为了达到上述目的，本实用新型所设计的一种小型化GNSS通用导航天线，它包括馈线馈电点、短路环接地点、馈线、天线下盖、金属反射板、天线振子、振子支撑架、射频PCB、有源放大电路及元件、屏蔽罩，其特征是馈线馈电点和短路环接地点之间设有天线短路环，天线短路环与射频PCB相垂直，这样设计的天线短路环构成典型的PIFA天线形式，同时短路环还能起到支撑振子的作用；天线振子按照PIFA平面螺旋方式环绕并构成平面螺旋臂，平面螺旋臂与射频PCB平行，且平面螺旋臂与天线短路环相连接，天线振子按照PIFA平面螺旋方式来环绕能便于匹配和实现天线的小型化，还能降低天线纵向尺寸便于天线共形；除此之外天线振子采用最普通的马口铁、洋白铜等金属薄板制作，振子支撑架采用廉价低介电材料制作，并把有源放大电路及元件作为了金属反射板，还使用了空气介质来增加天线的辐射效率并减轻天线重量，整个导航天线制作不采用高介电常数和高价值材料，实现低成本。
作为优选，平面螺旋臂沿右螺旋方向弯曲实现右旋极化，平面螺旋臂也可以沿左螺旋方向弯曲实现左旋极化，且平面螺旋臂长度为谐振频率的四分之一波长，便于实现天线横向尺寸的小型化，天线振子长度与天线的工作频率相匹配，可通过调整天线振子的长度来调试天线的工作频率，天线短路环尺寸与天线的阻抗相匹配，这样可通过调整天线短路环尺寸来调节天线的阻抗，且天线的阻抗为50欧姆；除此之外，短路环尺寸调试和螺旋臂长度调试两者相对独立，这样更加便于调试。
作为优选，放大电路及元件位于射频PCB的下表面，短路环接地点设在射频PCB的上表面，这样设计可实现直接接地，且还可通过调节短路环的大小来实现阻抗匹配，便于生产和相对位置的确定。
作为优选，小型化GNSS通用导航天线优选参数为：平面螺旋臂的外径为20mm，平面螺旋臂的臂长为39mm，平面螺旋臂的螺旋臂宽为4mm，天线短路环长度为8～12mm，馈线馈电点与短路环接地点之间距离为3mm，射频PCB尺寸为25*25mm
本实用新型所得到的一种小型化GNSS通用导航天线，制作工艺简单，成本低，能实现天线小型化，天线的辐射效率强，拓展了天线带宽，且天线低仰角增益增大，有利于接收到更多卫星的信号，并采用天线短路环实现阻抗匹配，使得频率调整和阻抗调整相对独立，调整方式简单，有利于生产调试，适合于大范围的推广和使用。
附图说明
图1为GNSS无源天线结构示意图。
图2、图3为GNSS有源天线结构示意图。
图4为未连接有源放大电路前的GNSS天线驻波图，且在1557～1607MHz范围内，驻波小于2.0，带宽达50MHz。
图5为包含有源放大电路后的GNSS天线增益图和驻波图，从图中可见其增益带宽远超过所需范围，且在测试放大电路中，为独立验证天线性能，未采用带通滤波。
图中：平面螺旋臂1、天线短路环2、馈线馈电点3、短路环接地点4、馈线5、天线下盖6、金属反射板7、天线振子8、振子支撑架9、射频PCB10、有源放大电路及元件11、屏蔽罩12。
具体实施方式
下面通过实施例结合附图对本实用新型作进一步的描述。
实施例1。
如图1、图2、图3、图4和图5所示，本实施例描述的一种小型化GNSS通用导航天线，它包括馈线馈电点3、短路环接地点4、馈线5、天线下盖6、金属反射板7、天线振子8、振子支撑架9、射频PCB10、有源放大电路及元件11、屏蔽罩12，馈线馈电点3和短路环接地点4之间设有天线短路环2，天线短路环2与射频PCB10相垂直，天线振子8按照PIFA平面螺旋方式环绕并构成平面螺旋臂1，平面螺旋臂1与射频PCB10平行，且平面螺旋臂1与天线短路环2相连接，平面螺旋臂1沿右螺旋方向弯曲实现右旋极化，平面螺旋臂1也可以沿左螺旋方向弯曲实现左旋极化，且平面螺旋臂1长度为谐振频率的四分之一波长，天线振子8长度与天线的工作频率相匹配，天线短路环2尺寸与天线的阻抗相匹配，且天线的阻抗为50欧姆，放大电路及元件11位于射频PCB10的下表面，短路环接地点4设在射频PCB10的上表面。
且小型化GNSS通用导航天线的优选参数为：平面螺旋臂1的外径为20mm，平面螺旋臂1的臂长为39mm，平面螺旋臂1的螺旋臂宽为4mm，天线短路环2长度为8～12mm，馈线馈电点3与短路环接地点4之间距离为3mm，射频PCB10尺寸为25*25mm。
Claims (3)
1.一种小型化GNSS通用导航天线，它包括馈线馈电点（3）、短路环接地点（4）、馈线（5）、天线下盖（6）、金属反射板（7）、天线振子（8）、振子支撑架（9）、射频PCB（10）、有源放大电路及元件（11）、屏蔽罩（12），其特征是馈线馈电点（3）和短路环接地点（4）之间设有天线短路环（2），天线短路环（2）与射频PCB（10）相垂直，天线振子（8）按照PIFA平面螺旋方式环绕并构成平面螺旋臂（1），平面螺旋臂（1）与射频PCB（10）平行，且平面螺旋臂（1）与天线短路环（2）相连接。
2.根据权利要求1所述的一种小型化GNSS通用导航天线，其特征是所述的平面螺旋臂（1）沿右螺旋方向弯曲实现右旋极化，平面螺旋臂（1）也可以沿左螺旋方向弯曲实现左旋极化，且平面螺旋臂（1）长度为谐振频率的四分之一波长，天线振子（8）长度与天线的工作频率相匹配，天线短路环（2）尺寸与天线的阻抗相匹配，且天线的阻抗为50欧姆。
3.根据权利要求1所述的一种小型化GNSS通用导航天线，其特征是所述的放大电路及元件（11）位于射频PCB（10）的下表面，短路环接地点（4）设在射频PCB（10）的上表面。
Priority Applications (1)
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| CN201520081226.9U CN204464448U (zh) | 2015-02-05 | 2015-02-05 | 小型化gnss通用导航天线 |
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Publications (1)
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| CN204464448U true CN204464448U (zh) | 2015-07-08 |
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Country Status (1)
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| CN105552518A (zh) * | 2015-10-30 | 2016-05-04 | 东莞酷派软件技术有限公司 | 圆极化天线及电子设备 |
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2015
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| CN105552518A (zh) * | 2015-10-30 | 2016-05-04 | 东莞酷派软件技术有限公司 | 圆极化天线及电子设备 |
| CN105552518B (zh) * | 2015-10-30 | 2019-03-22 | 东莞酷派软件技术有限公司 | 圆极化天线及电子设备 |
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