CN213936549U - 嵌套式gnss天线和gnss装置 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种嵌套式GNSS天线和GNSS装置，涉及GNSS天线技术，GNSS天线包括：第一天线单元和第二天线单元，其中第二天线单元包括第二辐射贴片、第二介电结构和若干个第二馈电探针，所述第二介电结构设置有阶梯状的安装槽，所述安装槽用于安装所述第一天线单元，所述安装槽由第一阶梯面、第一内壁、第二阶梯面和第二内壁所围成，所述第一阶梯面通过第一内壁与所述第二阶梯面连接，所述第二内壁连接所述第二介电结构的第一面，所述第一阶梯面为所述安装槽的底部，所述第二辐射贴片设置在所述第一阶梯面并通过所述第一内壁延伸覆盖至所述第二阶梯面，所述第二馈电探针与所述第二辐射贴片连接。本实用新型可以在减小天线体积的情况下基本保障增益效果。

Description

嵌套式GNSS天线和GNSS装置

技术领域

本申请涉及GNSS天线技术，特别是一种嵌套式GNSS天线和GNSS装置。

背景技术

GNSS(Global Navigation Satellite System，全球导航卫星系统)接收机常用的测量方法为实时动态差分法(real-time kinematic，RTK)，该方法是一种基于载波相位观测值的实时动态定位与测量技术，RTK技术通过实时地提供测站点在指定坐标系中的三维定位结果，并达到毫米级精度。高精度GNSS接收机作为当前主流的卫星导航技术测量应用产品，在现代测绘、交通、公共安全、救援、现代农业等领域应用日益广泛。随着卫星导航技术的发展，特别是北斗三号的全球化应用，促进了消费者领域，自动驾驶领域的进一步发展，市场对小型化GNSS天线需求越来越迫切，口袋RTK，车载鲨鱼鳍等均要求GNSS天线能够小型化，而且其性能，特别是其极化增益性能不能削弱。北斗三号频点更多，带宽更宽，为保证天线的增益带宽的前提下，实现GNSS天线的小型化设计，或者相同尺寸条件下，提升其增益带宽，是迫切需要解决的技术难题。

传统的双频层叠结构的GNSS贴片天线，由上下两个单元组成，上单元实现高频谐振，接收GNSS卫星的高频信号，下单元实现低频谐振，接收GNSS卫星的低频信号。

普通层叠双频贴片天线，要想提高其增益带宽，需要变得很厚，无法实现小型化，想要小型化，需要使用高介电常数材料，这样又会削弱天线的增益带宽，无法达到尺寸与性能的平衡。

发明内容

有鉴于此，本申请的目的在于：提供一种嵌套式GNSS天线和GNSS装置，以实现在基本保障天线的增益带宽的前提下削减GNSS天线的尺寸。

第一方面，本申请实施例提供了：

一种嵌套式GNSS天线，包括：

第一天线单元，包括第一辐射贴片、第一介电结构和若干个第一馈电探针，所述第一辐射贴片设置在所述第一介电结构的一面，所述馈电探针与所述第一辐射贴片连接；

第二天线单元，包括第二辐射贴片、第二介电结构和若干个第二馈电探针，所述第二介电结构设置有阶梯状的安装槽，所述安装槽用于安装所述第一天线单元，所述安装槽由第一阶梯面、第一内壁、第二阶梯面和第二内壁所围成，所述第一阶梯面通过第一内壁与所述第二阶梯面连接，所述第二内壁连接所述第二介电结构的第一面，所述第一阶梯面为所述安装槽的底部，所述第二辐射贴片设置在所述第一阶梯面并通过所述第一内壁延伸覆盖至所述第二阶梯面，所述第二馈电探针与所述第二辐射贴片连接；

印刷电路板，设置在所述第二介电结构的第二面，所述第二介电结构的第一面与所述第二介电结构的第二面为相对面，所述第一馈电探针穿过所述第一介电结构以及穿过所述第二天线单元与所述印刷电路板连接，所述第二馈电探针穿过所述第二介电结构与所述印刷电路板连接。

在一些实施例中，所述第二天线单元还包括多个短路柱，所述短路柱为导体，所述短路柱的至少部分设置在所述第二介电结构的第一面和所述第二介电结构的第二面之间，在所述第一天线单元和所述第二天线单元配合安装时，第一天线单元被多个所述短路柱所包围，所述短路柱连接至所述印刷电路板接地。

在一些实施例中，所述第二介电结构的第一面和所述第二介电结构的第二面之间的距离小于等于所述短路柱的长度。

在一些实施例中，所述短路柱的一面与所述第一辐射贴片处于同一平面。

在一些实施例中，多个所述短路柱均匀分布在一个圆周上。

在一些实施例中，所述第二介电结构为设置有所述阶梯状安装槽的圆柱体结构；所述第一介电结构由第一圆柱体和第二圆柱体构成，其中，所述第一圆柱体的直径大于所述第二圆柱体的直径，所述第一圆柱体的第一底面构成所述第一介电结构的第一面，所述第一圆柱体的第二面与所述第二圆柱体连接。

在一些实施例中，所述第一天线单元和所述第二天线单元配合安装时，所述第一辐射贴片与所述第二介电结构的第一面处于同一平面，所述第一辐射贴片在所述第一阶梯面所在平面的投影处于所述第一阶梯面内。

在一些实施例中，所述第一馈电探针和所述第二馈电探针的数量均为四个。

在一些实施例中，所述第一阶梯面和所述第二阶梯面之间的高度差为0.5～1.5mm。

第二方面，本申请实施例提供了:一种GNSS装置，包括信号处理电路以及所述的嵌套式 GNSS天线，所述信号处理电路的信号输入端或者输出端与所述嵌套式GNSS天线连接。

本申请实施例在第二天线单元中设置阶梯状的安装槽来安装第一天线单元，所述安装槽由第一阶梯面、第一内壁、第二阶梯面和第二内壁所围成，所述第一阶梯面通过第一内壁与所述第二阶梯面连接，所述第二内壁连接所述第二介电结构的第一面，所述第一阶梯面为所述安装槽的底部，所述第二辐射贴片设置在所述第一阶梯面并通过所述第一内壁延伸覆盖至所述第二阶梯面，由于第二贴片辐射单元是第一辐射贴片的参考地，因此通过阶梯状的设置使得第一辐射贴片的参考缝隙没有降低，而由于电流主要集中在辐射贴片的边缘，而第二辐射贴片的边缘处于第二阶梯面，因此对于第二辐射贴片而言，其对地的参考缝隙提升了一个阶梯的高度，故本方案可以在基本保障天线的增益带宽的前提下削减GNSS天线的尺寸。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图做一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型实施例提供的一种嵌套式GNSS天线的结构示意图；

图2是本实用新型实施例提供的一种嵌套式GNSS天线的截面示意图；

图3是本实用新型实施例提供的一种嵌套式GNSS天线的第二介电结构的截面图；

图4是本实用新型实施例提供的一种嵌套式GNSS天线的第一天线单元的结构示意图；

图5是本实用新型实施例提供的一种嵌套式GNSS天线的第二天线单元的结构示意图；

图6是本实用新型实施例提供的一种嵌套式GNSS天线的第一天线单元与现有技术的增益曲线图；

图7是本实用新型实施例提供的一种嵌套式GNSS天线的第二天线单元与现有技术的增益曲线图；

其中，附图标记分别为：

110、第一天线单元；111、第一辐射贴片；112、第一介电结构；113、第一馈电探针；120、第二天线单元；121、第二辐射贴片；122、第二介电结构；123、第二馈电探针；124、短路柱；130、印刷电路板；1221、第一阶梯面；1222、第一内壁；1223、第二阶梯面；1224、第二内壁；1225、第二介电结构的第一面；1226、第二介电结构的第二面。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，以下将参照本申请实施例中的附图，通过实施方式清楚、完整地描述本申请的技术方案，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。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。

参照图1、图2、图3、图4和图5，本实施例公开了一种嵌套式GNSS天线，包括：

第一天线单元110，包括第一辐射贴片111、第一介电结构112和若干个第一馈电探针113，所述第一辐射贴片111设置在所述第一介电结构112的一面，所述第一馈电探针113与所述第一辐射贴片111连接，其中连接是指电连接，因此可以理解的是，馈电探针与第一辐射贴片均为导体，而介电结构为绝缘体，通常采用介电陶瓷等材质。在本实施例中，第一介电结构由两个圆柱体构成，一般是一体结构，两个圆柱体的中心轴线处于同一直线上。

第二天线单元120，包括第二辐射贴片121、第二介电结构122和若干个第二馈电探针123，所述第二介电结构设置有阶梯状的安装槽，所述安装槽用于安装所述第一天线单元，所述安装槽由第一阶梯面1221、第一内壁1222、第二阶梯面1223和第二内壁1224所围成，所述第一阶梯面1221通过第一内壁1222与所述第二阶梯面1223连接，所述第二内壁1224连接所述第二介电结构的第一面1225，所述第一阶梯面1221为所述安装槽的底部，所述第二辐射贴片121设置在所述第一阶梯面1221并通过所述第一内壁1222延伸覆盖至所述第二阶梯面 1223，所述第二馈电探针123与所述第二辐射贴片121连接，具体为电连接，与第一天线单元类似，第二馈电探针和第二辐射贴片均为导体，而第二介电结构则是诸如介电陶瓷等绝缘体。结合图1至图5可知，第二天线单元是一个设置有阶梯式安装槽的圆柱体，其也可以看做是一个圆柱体上叠放有多个内径不同的圆环柱体，形成三个阶梯面，分别是第一阶梯面、第二阶梯面和第一介质结构的第一面(即第三阶梯面)。第一介电结构设计成接近于第二介电结构的安装槽的形状，在安装时与第二介电结构之间留有一定的缝隙。对于第二辐射贴片而言，可以采用3D镭雕技术，可以沿着1mm高(即第一阶梯面和第二阶梯面之间的高度差)的阶梯从下层的区域边缘延伸到阶梯的上方，即从第一阶梯面通过第一内壁延伸到第二阶梯面。而第一辐射贴片的参考地是第二辐射贴片，第一天线单元的有效厚度没有发生变化，鉴于天线的电流主要集中在辐射贴片的边缘，因此，对于第二天线单元而言，其增益减少程度也较低，因此整个天线厚度降低了1mm后，性能仍然能够保持。

印刷电路板130，设置在所述第二介电结构的第二面1226，所述第二介电结构的第一面 1225与所述第二介电结构的第二面1226为相对面，所述第一馈电探针113穿过所述第一介电结构112以及穿过所述第二天线单元120与所述印刷电路板130连接，所述第二馈电探针 123穿过所述第二介电结构122与所述印刷电路板130连接。

其中，本实施例所指的介电结构通常也叫做天线介质层，因此，第一介电结构也称作第一天线介质层，第二介电结构也称作第二天线介质层。

从本实施例的描述可知，本天线采用上下层叠的第一天线单元和第二天线单元构成，第一天线采取相反方向的双层阶梯结构，在第二天线单元中设置三层阶梯结构的安装槽来安装第一天线单元，所述安装槽由第一阶梯面、第一内壁、第二阶梯面和第二内壁所围成，所述第一阶梯面通过第一内壁与所述第二阶梯面连接，所述第二内壁连接所述第二介电结构的第一面，所述第一阶梯面为所述安装槽的底部，所述第二辐射贴片设置在所述第一阶梯面并通过所述第一内壁延伸覆盖至所述第二阶梯面，由于第二贴片辐射单元是第一辐射贴片的参考地，因此通过阶梯状的设置使得第一辐射贴片的参考缝隙没有降低，而由于电流主要集中在辐射贴片的边缘，而第二辐射贴片的边缘处于第二阶梯面，因此对于第二辐射贴片而言，其对地的参考缝隙提升了一个阶梯的高度，故，本方案可以在基本保障天线的增益带宽的前提下削减GNSS天线的尺寸。

在一些实施例中，所述第二天线单元还包括多个短路柱124，所述短路柱124为导体，所述短路柱124的至少部分设置在所述第二介电结构的第一面1225和所述第二介电结构的第二面1226之间，在所述第一天线单元110和所述第二天线单元120配合安装时，第一天线单元 110被多个所述短路柱124所包围，所述短路柱124连接至所述印刷电路板130接地。所述第二介电结构的第一面和所述第二介电结构的第二面之间的距离小于等于所述短路柱的长度。所述短路柱的一面与所述第一辐射贴片处于同一平面。在本实施例中，多个所述短路柱均匀分布在一个圆周上。

在本实施例中，还在第二介电结构增加了一圈短路柱微扰结构，接地加载后，相当于电感加载，可以延长天线的谐振频率，相同谐振频率条件下就可以使用更低的介电常数材料，其介质表面波就可以减少，从而降低介质损耗。其次，短路柱从印刷电路板一直伸展到与第一天线单元的金属贴片持平的高度，对第一天线单元和第二天线单元均产生微扰作用，其产生的辐射场与第一天线单元的金属贴片、第二天线单元的金属贴片产生的辐射场叠加，从而提升天线的增益带宽。综合两种结构，可以有效减小天线的尺寸，拓展天线的增益带宽，在相同谐振频率下，实现了天线尺寸缩小的目的。

在一些实施例中，所述第二介电结构为设置有所述阶梯状安装槽的圆柱体结构；所述第一介电结构由第一圆柱体和第二圆柱体构成，其中，所述第一圆柱体的直径大于所述第二圆柱体的直径，所述第一圆柱体的第一底面构成所述第一介电结构的第一面，所述第一圆柱体的第二面与所述第二圆柱体连接。

在一些实施例中，所述第一天线单元和所述第二天线单元配合安装时，所述第一辐射贴片与所述第二介电结构的第一面处于同一平面，所述第一辐射贴片在所述第一阶梯面所在平面的投影处于所述第一阶梯面内。

在一些实施例中，所述第一馈电探针和所述第二馈电探针的数量均为四个。如图1、图3 和图4所示，四个第一馈电探针在PCB上的投影位于一个正方形的四个顶点上，四个第二馈电探针在PCB上的投影位于一个正方形的四个顶点上。而所述的正方形的几何中心和第一天线单元的几何中心以及第二天线单元的几何中心相同，因此，这样可以不区分第一馈电探针所插入的通孔，增加了两个天线单元之间安装的便捷度。

在一些实施例中，所述第一阶梯面和所述第二阶梯面之间的高度差为0.5～1.5mm。通过测试分析，较佳的高度差为1mm左右，高度差过大，天线的增益减损，高度差过小，天线的体积缩小效果不明显。

可以理解的是，虽然上述实施例中，以介质结构为圆柱形为例进行说明，但是可以理解的是，亦可以将圆柱更换成长方体等柱状结构，亦可以达到上述的效果。

参照图6和图7，本实施例以相同厚度没有设置短路柱和阶梯结构的层叠天线作为对比对象，本方案在设置短路柱和阶梯结构的情况下，第一天线单元和第二天线单元均取得更好的增益效果，本实施例证明了上述实施例所技术效果。

本实施例公开了一种GNSS装置，包括信号处理电路以及所述的嵌套式GNSS天线，所述信号处理电路的信号输入端或者输出端与所述嵌套式GNSS天线连接。其中本实施例中所指的信号处理电路，包括用于处理GNSS天线所接收到的信号调理电路，信号解调电路和模拟/数字处理器中的至少一种。本实施例中所指的信号处理电路，也包括用于产生GNSS信号的电路，例如，信号调制电路以及信号放大电路等。可以理解的是，本实施例所描述的GNSS装置，其可以是GNSS模块，用于为设备提供定位信息。

注意，上述仅为本申请的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本申请不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本申请的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本申请进行了较为详细的说明，但是本申请不仅仅限于以上实施例，在不脱离本申请构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本申请的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种嵌套式GNSS天线，其特征在于，包括：

第一天线单元，包括第一辐射贴片、第一介电结构和若干个第一馈电探针，所述第一辐射贴片设置在所述第一介电结构的一面，所述第一馈电探针与所述第一辐射贴片连接；

第二天线单元，包括第二辐射贴片、第二介电结构和若干个第二馈电探针，所述第二介电结构设置有阶梯状的安装槽，所述安装槽用于安装所述第一天线单元，所述安装槽由第一阶梯面、第一内壁、第二阶梯面和第二内壁所围成，所述第一阶梯面通过第一内壁与所述第二阶梯面连接，所述第二内壁连接第二介电结构的第一面，所述第一阶梯面为所述安装槽的底部，所述第二辐射贴片设置在所述第一阶梯面并通过所述第一内壁延伸覆盖至所述第二阶梯面，所述第二馈电探针与所述第二辐射贴片连接；

印刷电路板，设置在第二介电结构的第二面，所述第二介电结构的第一面与所述第二介电结构的第二面为相对面，所述第一馈电探针穿过所述第一介电结构以及穿过所述第二天线单元与所述印刷电路板连接，所述第二馈电探针穿过所述第二介电结构与所述印刷电路板连接。

2.根据权利要求1所述的一种嵌套式GNSS天线，其特征在于，所述第二天线单元还包括多个短路柱，所述短路柱为导体，所述短路柱的至少部分设置在所述第二介电结构的第一面和所述第二介电结构的第二面之间，在所述第一天线单元和所述第二天线单元配合安装时，第一天线单元被多个所述短路柱所包围，所述短路柱连接至所述印刷电路板接地。

3.根据权利要求2所述的嵌套式GNSS天线，其特征在于，所述第二介电结构的第一面和所述第二介电结构的第二面之间的距离小于等于所述短路柱的长度。

4.根据权利要求2所述的嵌套式GNSS天线，其特征在于，所述短路柱的一面与所述第一辐射贴片处于同一平面。

5.根据权利要求2所述的嵌套式GNSS天线，其特征在于，多个所述短路柱均匀分布在一个圆周上。

6.根据权利要求1所述的嵌套式GNSS天线，其特征在于，所述第二介电结构为设置有所述阶梯状安装槽的圆柱体结构；所述第一介电结构由第一圆柱体和第二圆柱体构成，其中，所述第一圆柱体的直径大于所述第二圆柱体的直径，所述第一圆柱体的第一底面构成所述第一介电结构的第一面，所述第一圆柱体的第二面与所述第二圆柱体连接。

7.根据权利要求1所述的嵌套式GNSS天线，其特征在于，所述第一天线单元和所述第二天线单元配合安装时，所述第一辐射贴片与所述第二介电结构的第一面处于同一平面，所述第一辐射贴片在所述第一阶梯面所在平面的投影处于所述第一阶梯面内。

8.根据权利要求1所述的嵌套式GNSS天线，其特征在于，所述第一馈电探针和所述第二馈电探针的数量均为四个。

9.根据权利要求1所述的嵌套式GNSS天线，其特征在于，所述第一阶梯面和所述第二阶梯面之间的高度差为0.5～1.5mm。

10.一种GNSS装置，其特征在于，包括信号处理电路以及如权利要求1-9任一项所述的嵌套式GNSS天线，所述信号处理电路的信号输入端或者输出端与所述嵌套式GNSS天线连接。

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