CN214505768U - 一种定位天线 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种定位天线,包括金属件制作的辐射振子(1)、基板(2)以及设于基板(2)上的信号芯片;所述的基板(2)上设有天线信号馈电端口(3)和天线回路馈地端口(4),辐射振子(1)上对应的设置有两个馈点(5);所述辐射振子(1)通过其上设置的两个馈点(5)分别与所述的馈电端口(3)和馈地端口(4)连接,所述的馈电端口(3)与信号芯片连接;所述的馈电端口(3)设于基板(2)的偏心位置;所述辐射振子(1)的中部馈线呈弯曲状,且辐射振子(1)的辐射尾部馈线的宽度大于辐射中部馈线。本申请具有降低小体积定位天线的功耗以及提高谐振频率调节效率的效果。
Description
技术领域
本申请涉及定位天线领域,尤其是涉及一种定位天线。
背景技术
自从定位天线如GPS在1958年作为美国军方的一个项目,经过七十多年的发展,已经成为一种具有全方位、全天候、全时段、高精度的卫星导航系统,能为全球用户提供低成本、高精度的三维位置、速度和精确定时等导航信息。而定位天线,如GPS天线作为终端用户边最重要的器件,起到了接收卫星信号的作用,GPS天线的性能好坏直接决定了GPS终端设备的使用体验。GPS天线经过几十年的发展,已经做的越来越小巧。
目前,比较小巧的定位天线都是基于高介电常数的基片如陶瓷而制备的,比如GPS陶瓷天线,在制备时,需要先将陶瓷基片烧结成型,然后在基片表面镀银层,陶瓷天线的调频是通过改变其陶瓷表面的镀银层的形状来实现的,通常需要使用电动钻头;由于该类定位天线介电常数较大,所以对镀银层形状的改变带来的频率变化较为敏感。如果测试出该陶瓷天线的频率不符合要求,则继续用电钻切割所述镀银层来调节天线的谐振频率。
针对上述中的相关技术,发明人认为现有的小体积定位天线存在功耗较大、谐振频率调节效率较低以及天线制备工艺复杂、生产效率较低的问题。
实用新型内容
为了解决背景技术中存在的问题,尤其是现有的小体积定位天线存在的功耗较大且谐振频率调节效率较低的问题,本申请提供一种定位天线。
本申请提供的一种定位天线,采用如下的技术方案:
一种定位天线,包括金属件制作的辐射振子、基板以及设于基板上的信号芯片;所述的基板上设有天线信号馈电端口和天线回路馈地端口,辐射振子上对应的设置有两个馈点;所述辐射振子通过其上设置的两个馈点分别与所述的馈电端口和馈地端口连接,所述的馈电端口与信号芯片连接;所述的馈电端口设于基板的偏心位置;所述辐射振子的中部馈线呈弯曲状,且辐射振子的辐射尾部馈线的宽度大于辐射中部馈线。
通过采用以上技术方案,本申请设计了新的辐射振子结构(代替现有的陶瓷介质和镀银层形成的辐射振子),所述的辐射振子采用金属件制作而成,上面设有两个馈点,基板上设有天线信号馈电端口和天线回路馈地端口,辐射振子通过两个馈点与基板上的天线信号馈电端口和天线回路馈地端口连接;天线信号馈电端口与信号芯片连接;所述的天线信号馈电端口设于基板的偏心位置;所述辐射振子的中部馈线呈弯曲状,且辐射振子的辐射尾部馈线的宽度大于辐射中部馈线,所述的辐射振子结构通过以上巧妙的走线(所述辐射振子的中部馈线呈弯曲状,且辐射振子的辐射尾部馈线的宽度大于辐射中部馈线)和独特馈电结构(所述的天线信号馈电端口设于基板的偏心位置)来实现在狭小空间中高增益定位天线(可以满足天线圆极化及谐振频率的要求,具有较好的信号辐射效果,同时天线体积较小),该天线由于后期能够方便简单的调频(采用上述辐射振子结构,从而可以实现通过辐射振子馈线的长度来调节谐振频率),所以能够适用于各种环境中和不同的定位系统中;并且当馈线长度确定后,谐振频率即可确定,后续即可采用金属件批量制作辐射振子,而无需每一个天线都进行调频处理,大大提高了天线调频的效率。此外,本申请采用金属件制作的辐射振子,基片是空气,相对于现有的使用了高介电常数基片(通常为陶瓷)的天线而言,其损耗大幅度减小。
优选的,所述基板上的天线信号馈电端口和天线回路馈地端口之间设有凹槽,所述凹槽的长度、宽度及深度通过天线的带宽确定。通过设置该凹槽,后续可以通过凹槽的长度、宽度及深度来调节定位天线的有效带宽,大大方便了定位天线有效带宽的调节。
优选的,所述的辐射振子包括辐射体及与辐射体连接的、垂直于基板的两根X馈线,所述的两个馈点分别设于两根X馈线上。
通过采用以上技术方案,设置两根X馈线,从而可以实现通过调节两根X馈线的距离来调节天线的有效带宽,方便、高效。
优选的,所述的辐射体呈倒“S”形,并且基于中线对称;所述的中线为与两根X馈线距离相等且平行的一根线,所述的中线和两根X馈线分别与基板的交点及与辐射体的交点均在同一条直线上。
通过采用上述技术方案,辐射体基于中线对称,从而实现了接收性能强度的平衡,尤其是所述的辐射体呈倒“S”形,天线的抗干扰性能更好,利于天线辐射的各方向的一致性。
优选的,所述的辐射体的宽和高均为117mm,所述辐射体包括顺次连接的a馈线、b馈线、c馈线、d馈线、e馈线、f馈线、g馈线,所述的a馈线和c馈线分别与b馈线垂直,d馈线分别与c馈线和e馈线垂直,f馈线分别与e馈线和g馈线垂直,a馈线和g馈线的宽度为13.5mm,X馈线的宽度为6.75mm,馈点的宽度为3.6mm,高度为4.5mm,其中一个馈点到e馈线的距离为41.63mm,另外一个馈点到e馈线的距离为68.63mm,b馈线、c馈线、d馈线、e馈线、f馈线的宽度为7.2mm,所述e馈线到g馈线的距离为106.2mm。
通过采用以上技术方案,从而使得天线的抗干扰性能最好,天线辐射的各方向的一致性也最好。
优选的,所述的两根X馈线的长度不同。
通过采用上述技术方案,从而可以使得天线结构更稳定,一致性更好。
优选的,所述的两根X馈线的长度根据定位天线的有效带宽来确定。通过采用以上技术方案,从而可以实现快速、准确的调节定位天线的有效带宽。
优选的,所述的馈电端口与信号芯片通过微带线连接;通过微带线的阻抗设计代替传统的电容、电阻等元件进行阻抗匹配,从而节约了成本,并且降低了天线发生故障的概率。
更优选的,所述的微带线的形状呈“C”型,具体包括AB边、CD边和EF边,所述的CD边分别与AB边和EF边垂直连接,AB边与馈电端口连接,EF边与信号芯片连接;所述的微带线的宽度为0.2mm;AB边的长度为6.86mm,CD边的长度为6.87mm,EF边的长度为1.78mm。
通过采用以上技术方案,从而可以实现采用微带线进行阻抗匹配,通过设置微带线的长度、宽度、间距等来实现所设置微带线尽可能设计到50欧姆,满足天线设置的需求。
综上所述,本申请包括以下至少一种有益技术效果:
1.本申请设计了新的辐射振子结构(代替现有的陶瓷介质和镀银层形成的辐射振子),所述的辐射振子采用金属件制作而成,上面设有两个馈点,基板上设有天线信号馈电端口和天线回路馈地端口,辐射振子通过所述的两个馈点与基板上的天线信号馈电端口和天线回路馈地端口连接;天线信号馈电端口与信号芯片连接;所述的天线信号馈电端口设于基板的偏心位置;所述辐射振子的中部馈线呈弯曲状,且辐射振子的辐射尾部馈线的宽度大于辐射中部馈线,所述的辐射振子结构通过以上巧妙的走线(所述辐射振子的中部馈线呈弯曲状,且辐射振子的辐射尾部馈线的宽度大于辐射中部馈线)和独特馈电结构(所述的天线信号馈电端口设于基板的偏心位置)来实现在狭小空间中高增益定位天线(可以满足天线圆极化及谐振频率的要求,具有较好的信号辐射效果,同时天线体积较小),该天线由于后期能够方便简单的调频(采用上述辐射振子结构,从而可以实现通过辐射振子馈线的长度来调节谐振频率),所以能够适用于各种环境中和不同的定位系统中;并且当馈线长度确定后,谐振频率即可确定,后续即可采用金属件批量制作辐射振子,而无需每一个天线都进行调频处理,大大提高了天线调频的效率。此外,本申请采用金属件制作的辐射振子,基片是空气,相对于现有的使用了高介电常数基片(通常为陶瓷)的天线而言,其损耗大幅度减小。
2.本申请所述基板上的天线信号馈电端口和天线回路馈地端口之间设有凹槽,所述凹槽的长度、宽度及深度通过天线的带宽确定。通过设置该凹槽,后续可以通过凹槽的长度、宽度及深度来调节定位天线的有效带宽,大大方便了定位天线有效带宽的调节。
3.本申请的辐射振子包括辐射体及与辐射体连接的、垂直于基板的两根X馈线,所述的两个馈点分别设于两根X馈线上。通过采用以上技术方案,设置两根X馈线,从而可以实现通过调节两根X馈线的距离来调节天线的有效带宽,方便、高效。
本申请的技术难度体现在:如何使得一种新结构的小体积定位天线可以正常使用,以及如何确定该种结构的天线的调频方式和调节有效带宽的方式。发明人经过大量研究发现,定位天线只要满足谐振频率要求和圆极化要求,即可正常使用,对于本申请而言,通过辐射振子馈线的长短即可实现谐振频率的调节,通过将天线信号馈电端口设于基板的偏心位置,以及采用本申请中的走线方式——“所述辐射振子的中部馈线呈弯曲状,且辐射振子的辐射尾部馈线的宽度大于辐射中部馈线”,即可满足圆极化要求,使得天线可以正常使用;另外,发明人经研究发现,可以通过以下2个条件对天线的有效带宽进行调节:(1)根据X馈线的长度来调节定位天线的有效带宽;(2)根据基板上凹槽的长度、宽度及深度来调节定位天线的有效带宽。
附图说明
图1-图3是现有的陶瓷天线的结构示意图。
图4为本申请的一种实施例中天线的结构示意图。
图5为本申请的一种实施例中天线辐射振子的结构示意图。
图6-图7为本申请的一种实施例中天线基板的结构示意图。
图8为本申请的一种实施例中天线的VSWR曲线图。
图9为本申请的一种实施例中天线的S11曲线图。
图10为本申请的一种实施例中天线的3D增益图。
图11为本申请的一种实施例中天线的XY面方向图。
图12为本申请的一种实施例中天线的YZ面方向图。
图13为本申请的一种实施例中天线的XZ面方向图。
图14为本申请的一种实施例中天线信号馈路点与信号芯片通过微带线连接的结构示意图。
图15为本申请的一种实施例中辐射振子的结构示意图。
附图标记:1、辐射振子,2、基板,3、馈电端口,4、馈地端口,5、馈点,6、凹槽,7、辐射体,8、X馈线。
具体实施方式
以下结合附图1-15对本申请作进一步详细说明。
现有的GPS陶瓷天线,如图1-图3所示,体积较小,但是这种小体积都是基于做在高介电常数的基片(比如说陶瓷)而来的,而高介电常数的基片总会带来各种问题,比如说损耗大(由于基片采用高介电常数的陶瓷,本申请中基片为空气)、加工工艺复杂、后期受到环境干扰之后不易调频且调频效率较低等问题。具体的说,在制备时,需要先将陶瓷基片烧结成型,然后在基片表面镀银层,陶瓷天线的调频是通过改变其陶瓷表面的镀银层的形状来实现的,通常需要使用电动钻头;由于该类定位天线介电常数较大,所以对镀银层形状的改变带来的频率变化较为敏感。如果测试出该陶瓷天线的频率不符合要求,则继续用电钻切割所述镀银层来调节天线的谐振频率。
本申请实施例公开一种定位天线。参照图4,一种定位天线(比如可以是GPS天线或者DB等其它定位天线),包括金属件(比如钢片、FPC、LDS等(只要是金属的元素都可以))制作的辐射振子1、基板2以及设于基板2上的信号芯片;所述的基板2上设有天线信号馈电端口3和天线回路馈地端口4,辐射振子1上对应的设置有两个馈点5;所述辐射振子1通过其上设置的两个馈点5分别与所述的馈电端口3和馈地端口4连接,所述的馈电端口3与信号芯片连接;所述的馈电端口3设于基板2的偏心位置;所述辐射振子1的中部馈线呈弯曲状,且辐射振子1的辐射尾部馈线的宽度大于辐射中部馈线。
上述的定位天线只要满足谐振频率要求(以上的天线结构,可通过辐射振子1馈线的长短即实现谐振频率的调节)和圆极化要求(将天线信号馈电端口3设于基板2的偏心位置,以及采用本申请中的走线方式——所述辐射振子1的中部馈线呈弯曲状,且辐射振子1的辐射尾部馈线的宽度大于辐射中部馈线)即可,辐射振子1具体的形状是可变化的。
具体实施时,比如可以先根据λ=c⁄F获得一个常规的定位天线的半波辐射振子1馈线的大概物理长度(即根据当前天线的谐振频率获得对应的λ值;其中,λ是波长,C 是光速,F是频率),如95MM左右,然后再通过具体调节该辐射振子1馈线的长度来调节准确的谐振频率,同时可以将辐射效果不明显的辐射振子1中部馈线折弯,同时设置辐射振子1的辐射尾部馈线的宽度大于辐射中部馈线,从而将天线的整体尺寸控制在如27MM之内。
针对本申请的上述天线结构,发明人进行了效果测试,由图13所示的辐射振子1表面的电场分布图可以看出:天线的辐射主要集中在振子的尾部,因此,本申请中,通过设置辐射振子1的辐射尾部馈线的宽度大于辐射中部馈线,从而可以进一步提升天线的辐射效果。
发明人还对本申请中的天线结构进行了一系列测试,具体如下:
发明人对天线的驻波比(驻波比全称为电压驻波比,又名VSWR和SWR,为英文Voltage Standing Wave Ratio的简写,是驻波波腹电压与波谷电压幅度之比,又称为驻波系数、驻波比)进行了测试,驻波比等于1时,表示天线辐射振子1的走线匹配需要的频率点,此时高频能量全部被天线辐射出去,没有能量的反射损耗;驻波比为无穷大时,表示全反射,能量完全没有辐射出去。由图8可知,本申请的天线结构的驻波比接近1,因此,天线辐射效率较高,辐射效果较好。
另外,发明人对天线的损耗和阻抗特性也进行了测试,通过回波损耗特性来衡量。S11表示回波损耗特性,一般通过网络分析仪通过该指标可以判定天线的损耗的dB值和阻抗特性,进而判定天线的辐射效率好不好,S11值越大,表示天线本身反射回来的能量越大,则天线的辐射效率就越差。根据图9所示,本申请结构的天线,其对应的S11值较小,说明天线的辐射效率非常好。
此外,发明人还测试了本申请结构天线的方向图。天线方向图,即用来表示天线的方向性的图,是指在离天线一定距离处,辐射场的相对场强(归一化模值)随方向变化的图形,即在远区相同距离R的条件下,天线辐射场的相对值与空间方向的关系,通常采用天线最大辐射方向上的两个相互垂直的平面方向图来表示。天线方向图是衡量天线性能的重要图形,可以从天线方向图中观察到天线的各项参数。由图10-图13可知,本申请结构的定位天线(即包括金属件(比如钢片、FPC、LDS等(只要是金属的元素都可以))制作的辐射振子1、基板2以及设于基板2上的信号芯片;所述的基板2上设有天线信号馈电端口3和天线回路馈地端口4,辐射振子1上对应的设置有两个馈点5;所述辐射振子1通过其上设置的两个馈点5分别与所述的馈电端口3和馈地端口4连接,所述的馈电端口3与信号芯片连接;所述的馈电端口3设于基板2的偏心位置;所述辐射振子1的中部馈线呈弯曲状,且辐射振子1的辐射尾部馈线的宽度大于辐射中部馈线),其指标是符合要求的。
可选的,所述基板2上的天线信号馈电端口3和天线回路馈地端口4之间设有凹槽6,所述凹槽6的长度、宽度及深度通过天线的带宽确定。
可选的,所述的辐射振子1包括辐射体7及与辐射体7连接的、垂直于基板2的两根X馈线8,所述的两个馈点5分别设于两根X馈线8上。
所述的辐射体7可以是平面的,也可以是立体的。
本申请中,如图6、图7及图15的天线基板2示意图,可以看到基板2上连接辐射振子1的馈电端口3是和基板2上的反射板是断开的,这种结构可以有效的避免天线辐射振子1和反射板的耦合,减少由耦合产生的杂波对天线的影响。而天线回路馈地端口4与基板上的网是相通的,该网是天线基板的反射面,也即天线的反射地层。
可选的,如图5、图15,所述的辐射体7呈倒“S”形,并且基于中线对称;所述的中线为与两根X馈线8距离相等且平行的一根线,所述的中线和两根X馈线8分别与基板2的交点及与辐射体7的交点均在同一条直线上。
可选的,如图15所示,所述的辐射体7的宽和高均为117mm,所述辐射体7包括顺次连接的a馈线、b馈线、c馈线、d馈线、e馈线、f馈线、g馈线,所述的a馈线和c馈线分别与b馈线垂直,d馈线分别与c馈线和e馈线垂直,f馈线分别与e馈线和g馈线垂直,a馈线和g馈线的宽度为13.5mm,X馈线8的宽度为6.75mm,馈点5的宽度为3.6mm,高度为4.5mm,其中一个馈点5到e馈线的距离为41.63mm,另外一个馈点5到e馈线的距离为68.63mm,b馈线、c馈线、d馈线、e馈线、f馈线的宽度为7.2mm,所述e馈线到g馈线的距离为106.2mm。
可选的,所述的两根X馈线8的长度不同。
根据图5和图15,本申请中定位天线的辐射振子1上设置的两根X馈线8的长度不同,可以增加天线的带宽,以此来避免调试时的误差而带来的频率偏移。
可选的,所述的两根X馈线8的长度根据定位天线的有效带宽来确定。
可选的,如图14所示,所述的馈电端口3与信号芯片通过微带线连接;所述的微带线的形状呈“C”型,具体包括AB边、CD边和EF边,所述的CD边分别与AB边和EF边垂直连接,AB边与馈电端口3连接,EF边与信号芯片连接;所述的微带线的宽度为0.2mm;AB边的长度为6.86mm,CD边的长度为6.87mm,EF边的长度为1.78mm,基板2的长和宽均为26.5mm。
以上均为本申请的较佳实施例,并非依此限制本申请的保护范围,故:凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化,均应涵盖于本申请的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种定位天线,其特征在于:包括金属件制作的辐射振子(1)、基板(2)以及设于基板(2)上的信号芯片;所述的基板(2)上设有天线信号馈电端口(3)和天线回路馈地端口(4),辐射振子(1)上对应的设置有两个馈点(5);所述辐射振子(1)通过其上设置的两个馈点(5)分别与所述的馈电端口(3)和馈地端口(4)连接,所述的馈电端口(3)与信号芯片连接;所述的馈电端口(3)设于基板(2)的偏心位置;所述辐射振子(1)的中部馈线呈弯曲状,且辐射振子(1)的辐射尾部馈线的宽度大于辐射中部馈线。
2.根据权利要求1所述的定位天线,其特征在于:所述基板(2)上的天线信号馈电端口(3)和天线回路馈地端口(4)之间设有凹槽(6),所述凹槽(6)的长度、宽度及深度通过天线的带宽确定。
3.根据权利要求1所述的定位天线,其特征在于:所述的辐射振子(1)包括辐射体(7)及与辐射体(7)连接的、垂直于基板(2)的两根X馈线(8),所述的两个馈点(5)分别设于两根X馈线(8)上。
4.根据权利要求3所述的定位天线,其特征在于:所述的两根X馈线(8)的长度不同。
5.根据权利要求3所述的定位天线,其特征在于:所述的两根X馈线(8)的长度根据定位天线的有效带宽来确定。
6.根据权利要求1所述的定位天线,其特征在于:所述的馈电端口(3)与信号芯片通过微带线连接;所述的微带线的形状呈“C”型,具体包括AB边、CD边和EF边,所述的CD边分别与AB边和EF边垂直连接,AB边与馈电端口(3)连接,EF边与信号芯片连接;所述的微带线的宽度为0.2mm;AB边的长度为6.86mm,CD边的长度为6.87mm,EF边的长度为1.78mm。
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- 2021-04-16 CN CN202120784060.2U patent/CN214505768U/zh active Active
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