CN212011255U - 单极子圆极化定位天线和可穿戴设备 - Google Patents

Abstract

一种单极子圆极化定位天线和可穿戴设备，单极子圆极化定位天线具有一接地板，还包括馈电部，正交布置的第一辐射臂及第二辐射臂，通过馈电部进行馈电，简化了圆极化天线的整体结构，更容易在可穿戴产品上进行实现，从而使得定位天线能够更好地接收导航卫星信号，同时环形辐射体所产生的右旋圆极化辐射也可对经高楼或者地面反射的左旋圆极化导航卫星信号进行过滤，以减少多径干扰，从而有效提高可穿戴设备的定位天线的定位精度。

Description

单极子圆极化定位天线和可穿戴设备

技术领域

本申请属于天线技术领域，尤其涉及一种单极子圆极化定位天线和可穿戴设备。

背景技术

在智能手表或手环领域，定位精度一直是人们所关注的痛点。传统的智能手表或手环定位天线多为线极化天线，但是导航卫星发出的信号通过电离层后是右旋圆极化信号，因此智能手表或手环的定位天线无法全部接收导航卫星的信号，而导航卫星的信号又被地面、高楼、树木等奇数次反射后，会变成左旋圆极化信号，将会产生的多径干扰严重影响整机的定位效果。

并且，传统的圆极化天线，如四臂螺旋等需在主板上增加多个接触点用来馈电或者接地，对主板空间占用较多。

实用新型内容

本申请的目的在于提供一种单极子圆极化定位天线和可穿戴设备，旨在解决现有的可穿戴设备的天线定位精度较低、对主板空间占用较多的问题。

本申请实施例的第一方面提了一种单极子圆极化定位天线，具有一接地板，所述接地板具有馈电端，所述单极子圆极化定位天线包括：

馈电部，其一端与所述馈电端电连接；

第一辐射臂，一端与所述馈电部的另一端连接；

第二辐射臂，一端与所述馈电部的另一端连接，所述第一辐射臂和所述第二辐射臂之间呈一角度；

其中，当所述第一辐射臂和所述第二辐射臂谐振在工作频点附近时，所述第一辐射臂和所述第二辐射臂上的电信号满足谐振幅度相等，谐振相位相差 90°。

上述的单极子圆极化定位天线通过使用双臂的单极子天线来实现的，其中单极子的两条臂正交放置，当给单极子天线馈电使其工作在工作频段时，两个臂上的电信号谐振幅度相等，谐振的相位差为90°，满足天线产生圆极化的特性，极化方式为右旋圆极化时，从而使得定位天线能够更好地接收导航卫星信号，并且所产生的右旋圆极化辐射也可对经高楼或者地面反射的左旋圆极化导航卫星信号进行过滤，以减少多径干扰，从而有效提高可穿戴设备的定位天线的定位精度。另外，单极子天线的馈电点只有一个，能减少了对主板空间的占用，提高了电路板的利用率。

在其中一个实施例中，所述第一辐射臂为直条型。

在其中一个实施例中，所述第二辐射臂为直条型。

在其中一个实施例中，所述角度的范围为75°～105°。

在其中一个实施例中，所述第一辐射臂、所述第二辐射臂的等效长度与所述单极子圆极化定位天线的1/4工作波长对应，且不等长。

在其中一个实施例中，通过调整所述第一辐射臂、所述第二辐射臂的长度差，以使第一辐射臂、所述第二辐射臂谐振在工作频点附近时两者的谐振相位差为90°。

在其中一个实施例中，所述馈电部垂直于所述接地板。

在其中一个实施例中，所述第一辐射臂和/或所述第二辐射臂上加载有电感器件。

在其中一个实施例中，所述电感器件为集中电感或分布电感。

本申请实施例的第二方面提了一种可穿戴设备，包括如上所述的单极子圆极化定位天线。

上述可穿戴设备采用了上述单极子圆极化定位天线的所有实施例，因而至少具有上述实施例的所有有益效果，在此不再一一赘述。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的单极子圆极化定位天线的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的单极子圆极化定位天线的S参数示意图；

图3为本实用新型实施例提供的单极子圆极化定位天线的phi＝0°、30°、90°切面的二维四轴比仿真图；

图4为本实用新型实施例提供的单极子圆极化定位天线的三维方向图；

图5为本实用新型实施例提供的单极子圆极化定位天线的三维轴比图；

图6为本实用新型实施例提供的单极子圆极化定位天线的二维方向图。

具体实施方式

为了使本申请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，对本申请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申请，并不用于限定本申请。

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申请和简化描述，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申请的限制。

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。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

请参阅图1，本申请实施例提供的可用于可穿戴设备的单极子圆极化定位天线(下称定位天线)，具有一接地板100，接地板100为介质基板构成，比如PCB板。接地板100具有馈电端101，单极子圆极化定位天线包括馈电部11、第一辐射臂12及第二辐射臂13。该第一辐射臂12及第二辐射臂13架设在接地板100同一表面(正面)上的。

馈电部11的一端与馈电端101电连接；第一辐射臂12的一端与馈电部11 的另一端连接；第二辐射臂13的一端与馈电部11的另一端连接，第一辐射臂 12和第二辐射臂13之间呈一角度a；其中，当第一辐射臂12和第二辐射臂13 谐振在工作频点附近时，比如GPS(Global Positioning System，全球定位系统) L1频段1.575GHz，或L5频段1.176GHz GHz处，第一辐射臂12和第二辐射臂13上的电信号(电场或电流信号)满足谐振幅度相等，谐振相位相差90°，从而满足定位天线产生圆极化的特性。

且更具体地，在如图1所示，在俯视接地板100正面角度看，第二辐射臂 13需位于第一辐射臂12的顺时针方向(即右侧)，以保证当第一辐射臂12和第二辐射臂13谐振在工作频点附近时，第一辐射臂12和第二辐射臂13的电流幅度相等，第二辐射臂13的电流相位早于第一辐射臂12上的电流相位90°，从而可以实现右旋圆极化辐射。

如此，本申请提供的定位天线结构简单，可以实现右旋圆极化辐射，能够更好地接收导航卫星信号，并且所产生的右旋圆极化辐射也可对经高楼或者地面反射的左旋圆极化导航卫星信号进行过滤，以减少多径干扰，从而有效提高可穿戴设备的定位天线的定位精度。同时，采用圆极化定位天线，相比线极化天线增益高3dB左右，从而达到更好的定位效果。另外，定位天线的馈电端只有一个，能减少了对主板空间的占用，提高了电路板的利用率。

可选地，第一辐射臂12和第二辐射臂1之间，即第一方向x和第二方向y 之间的角度a的范围为70°～110°，通过将第一辐射臂12和第二辐射臂1分别设置在成夹角a的这两个方向x、y的净空区域，可以使得当第一辐射臂12 和第二辐射臂1谐振在工作频点附近时，形成两个正交模式的谐振，产生良好的圆极化辐射，相对地，夹角a在75°～105°范围内圆极化辐射更优。

在一个实施例中，第一辐射臂12和第二辐射臂1在介质基板100上给的投影相互垂直，即夹角a为90°。

在其中一个实施例中，第一辐射臂12为直条型。第二辐射臂13为直条型。在其他实施例中，可以理解的是，受到设备空间的限制，第一辐射臂12和/或第二辐射臂13在实际布置中可能会呈一定的弧度的弯曲，但并不影响其是沿着一个方向布置的。并且，第一辐射臂12和/或第二辐射臂13还可以在其主体之外延伸设置其他枝节以有助于增加天线的增益、轴比等性能，例如，设置向垂直于接地板100方向的枝节，设置平行于接地板100的枝节。

可选地，馈电部11、第一辐射臂12以及第二辐射臂13中两两相互垂直，两个辐射臂馈电时实现等幅正交谐振，可以理解的是，在其他实施例中，受到设备空间的限制，馈电部11可以不垂直于第一辐射臂12以及第二辐射臂13，而是与第一辐射臂12以及第二辐射臂13所在的平面呈一定夹角，其并不影响两个辐射臂馈电时实现等幅正交谐振；另外，接地板100也可以与该平面相互平行，馈电部11也可以垂直或不垂直于接地板100。

在其中一个实施例中，第一辐射臂12、第二辐射臂13的等效长度与单极子圆极化定位天线的1/4工作波长对应，即第一辐射臂12、第二辐射臂13等效长度与定位天线的工作波长的1/4波长基本相等，以保证天线谐振在所需要的频点；而设置第一辐射臂12、第二辐射臂13不等长，是为了保证两个辐射臂的辐射实现简并模分离。在其他实施例中，第一辐射臂12、第二辐射臂13的等效长度与定位天线的工作波长基本相等。可选地，通过调整第一辐射臂12、第二辐射臂13的长度差，以使第一辐射臂12、第二辐射臂13工作在谐振频点附近时两者的谐振相位差为90°。

在其中一个实施例中，第一辐射臂12和/或第二辐射臂13上加载有电感器件(未图示)，其中，电感器件为集中电感或分布电感。电感器件为集中电感或分布电感。设置该电感器件主要用于增加第一天线的等效长度，以缩小定位天线尺寸，使天线有效实现小型化；可选地，电感器件通常可以是集中电感，即电感器，还可以是蛇形弯曲走线。

从图2可见，上述单极子圆极化定位天线在GPSL1频段1.575GHz处产生谐振，并且阻抗带宽(S11＜-6dB)能够完全覆盖整个GPS-L1频段(1575±2 MHz)，对导航卫星信号接收良好。

从图3可见，上述定位天线在空间特定角度(theta＝-45°，phi＝0°)能够实现最好的圆极化性能(即轴比最小)，在GPS L1频段内，轴比＜1dB，说明上述定位天线的轴比特性很好，达到定位天线的性能要求。上述定位天线工作在GPS-L1频段1.575GHz且切面为phi＝0°、30°、90°时，在θ＝-80°～10°范围内，定位天线的轴比小于10dB，说明上述定位天线的轴比特性较好，达到定位天线的性能要求。

从图4、图5和图6可见，上述定位天线在某一位置(phi＝0°，theta＝-20°) 实现最大的右旋圆极化方向性系数是1.7dB，在方向性系数相同的情况下，该圆极化天线接收到的卫星信号要比线极化天线接收到的高出3dB，同时对干扰信号具有抑制功能，所以定位天线的定位效果优于传统线极化天线。

本申请实施例的第二方面提了一种可穿戴设备，包括如上的单极子圆极化定位天线。

上述可穿戴设备采用了上述单极子圆极化定位天线的所有实施例，因而至少具有上述实施例的所有有益效果，在此不再一一赘述。上述可穿戴设备定位天线能够更好地接收导航卫星信号，并且所产生的右旋圆极化辐射也可对经高楼或者地面反射的左旋圆极化导航卫星信号进行过滤，以减少多径干扰，从而有效提高可穿戴设备的定位天线的定位精度。在可穿戴设备中，主板的空间较为有限，传统的圆极化天线如四臂螺旋等需在主板上增加多个接触点用来馈电或者接地，对主板空间占用较多，通过单极子形式实现定位天线，可以减少天线对主板空间的占用。

以上所述实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种单极子圆极化定位天线，具有一接地板，所述接地板具有馈电端，其特征在于，所述单极子圆极化定位天线还包括：

馈电部，其一端与所述馈电端电连接；

第一辐射臂，一端与所述馈电部的另一端连接；

第二辐射臂，一端与所述馈电部的另一端连接，所述第一辐射臂和所述第二辐射臂之间呈一角度；

其中，当所述第一辐射臂和所述第二辐射臂谐振在工作频点附近时，所述第一辐射臂和所述第二辐射臂上的电信号满足谐振幅度相等，谐振相位相差90°。

2.如权利要求1所述的单极子圆极化定位天线，其特征在于，所述第一辐射臂为直条型。

3.如权利要求1所述的单极子圆极化定位天线，其特征在于，所述第二辐射臂为直条型。

4.如权利要求1所述的单极子圆极化定位天线，其特征在于，所述角度的范围为75°～105°。

5.如权利要求1至4任一项所述的单极子圆极化定位天线，其特征在于，所述第一辐射臂的等效长度、所述第二辐射臂的等效长度与所述单极子圆极化定位天线的1/4工作波长对应，且所述第一辐射臂的等效长度与所述第二辐射臂的等效长度不等长。

6.如权利要求5所述的单极子圆极化定位天线，其特征在于，通过调整所述第一辐射臂、所述第二辐射臂的长度差，以使第一辐射臂、所述第二辐射臂谐振在工作频点附近时两者的谐振相位差为90°。

7.如权利要求1至4任一项所述的单极子圆极化定位天线，其特征在于，所述馈电部垂直于所述接地板。

8.如权利要求1至4任一项所述的单极子圆极化定位天线，其特征在于，所述第一辐射臂和/或所述第二辐射臂上加载有电感器件。

9.如权利要求8所述的单极子圆极化定位天线，其特征在于，所述电感器件为集中电感或分布电感。

10.一种可穿戴设备，其特征在于：包括如权利要求1至9任一项所述的单极子圆极化定位天线。

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