一種兼容北斗衛(wèi)星系統(tǒng)和gps頻段的天線陣的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了一種兼容北斗衛(wèi)星系統(tǒng)和GPS頻段的天線陣，包括多個(gè)天線單元、共用接地板以及同軸連接器，其中所述同軸連接器包括同軸連接器內(nèi)芯及同軸連接器外皮，每一天線單元均包括一個(gè)高介電常數(shù)復(fù)合介質(zhì)基板和一個(gè)金屬輻射貼片；所述多個(gè)天線單元共用所述共用接地板；所述同軸連接器內(nèi)芯穿過(guò)高介電常數(shù)復(fù)合介質(zhì)基板與上表面的金屬輻射貼片通過(guò)焊錫連接，所述同軸連接器外皮與共用接地板焊接。本實(shí)用新型的工作頻段覆蓋北斗發(fā)射，GPSL1和B1頻段，可廣泛應(yīng)用于便攜式多模導(dǎo)航移動(dòng)終端設(shè)備。
【專利說(shuō)明】一種兼容北斗衛(wèi)星系統(tǒng)和GPS頻段的天線陣
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及天線【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種兼容北斗衛(wèi)星系統(tǒng)和GPS頻段的天線陣。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著導(dǎo)航技術(shù)的不斷發(fā)展，GPS系統(tǒng)壟斷市場(chǎng)的局面被逐漸打破。目前有四大全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，其中包括:美國(guó)的全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)GPS、俄羅斯GL0NASS衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)、中國(guó)的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)、歐洲“伽利略”衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。相比單一導(dǎo)航系統(tǒng)，兼容多制式系統(tǒng)以定位準(zhǔn)確，工作可靠的顯著優(yōu)勢(shì)，成為未來(lái)市場(chǎng)的發(fā)展趨勢(shì)。該系統(tǒng)的某一種模式狀態(tài)處于故障，其他部分仍可以運(yùn)行，降低了失效風(fēng)險(xiǎn)，使導(dǎo)航設(shè)備能夠全天候正常工作。再者，目前終端用戶對(duì)于定位服務(wù)的迫切需求，對(duì)手機(jī)、便攜式智能終端、移動(dòng)車載等設(shè)備提出兼容定位的功能要求，迫使通訊產(chǎn)業(yè)和導(dǎo)航產(chǎn)業(yè)的相互融合，使小型化多模式導(dǎo)航系統(tǒng)具有廣闊的市場(chǎng)應(yīng)用前景。
[0003]天線作為接收機(jī)的關(guān)鍵器件，要求體積小、重量輕、覆蓋頻帶寬?，F(xiàn)有的北斗/GPS天線，通常采用疊層結(jié)構(gòu)雙模天線，即相對(duì)結(jié)構(gòu)獨(dú)立的GPS天線和北斗天線，上下疊加，組裝在一起，這種天線剖面較單片式結(jié)構(gòu)略高，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加工工藝要求高。對(duì)于廣泛使用的單模GPS天線體積控制在25mmX25mmX4mm，單模北斗接收天線常見(jiàn)尺寸30mmX30mmX 10mm。由于疊層結(jié)構(gòu)的天線整體體積和結(jié)構(gòu)復(fù)雜,增加了成本和調(diào)試難度，限制了其在便攜式導(dǎo)航設(shè)備中的應(yīng)用。
[0004]通常情況下，天線尺寸越大，其性能越好，但由于小型化終端設(shè)備對(duì)天線形狀和物理尺寸的限制，常常需要縮小衛(wèi)星導(dǎo)航天線的尺寸，同時(shí)導(dǎo)致設(shè)備接收性能下降，影響使用。因此，不斷提高天線接收性能，拓展天線的小型化潛力是非常必要的。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0005]為解決現(xiàn)有技術(shù)中無(wú)法兼顧天線小型化與接收性能需要的不足，本實(shí)用新型的目的在于提供一種兼容北斗衛(wèi)星系統(tǒng)和GPS頻段的天線陣。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案為:
[0007]—種兼容北斗衛(wèi)星系統(tǒng)和GPS頻段的天線陣，包括多個(gè)天線單元、共用接地板以及同軸連接器，其中所述同軸連接器包括同軸連接器內(nèi)芯及同軸連接器外皮，每一天線單元均包括一個(gè)高介電常數(shù)復(fù)合介質(zhì)基板和一個(gè)金屬輻射貼片；所述多個(gè)天線單元共用所述共用接地板；所述同軸連接器內(nèi)芯穿過(guò)高介電常數(shù)復(fù)合介質(zhì)基板與上表面的金屬輻射貼片通過(guò)焊錫連接，所述同軸連接器外皮與共用接地板焊接。
[0008]作為以上技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述高介電常數(shù)復(fù)合介質(zhì)基板的介電常數(shù)為20，具有底邊為正方形的長(zhǎng)方體結(jié)構(gòu)。
[0009]作為以上技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述的金屬輻射單元貼片為近似方形，其設(shè)有切角實(shí)現(xiàn)天線圓極化方式工作，并設(shè)有調(diào)諧枝節(jié)改變金屬輻射單元貼片上的電流路徑以優(yōu)化圓極化特性和電壓駐波比。
[0010]作為以上技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述多個(gè)天線單元沿著共用接地板的長(zhǎng)邊方向非均勻排列，與每一天線單元焊接的同軸連接器內(nèi)芯分布在共用接地板的寬邊中點(diǎn)的對(duì)稱軸線上。
[0011]作為以上技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述同軸連接器的阻抗為50歐，采用MCX型。
[0012]作為以上技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述多個(gè)天線單元個(gè)數(shù)為3個(gè)。
[0013]作為以上技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述高介電常數(shù)復(fù)合介質(zhì)基板的介電常數(shù)為20,具有尺寸分別為1 5mmX 15mmX 4mm和23mmX 23mmX 4mm的長(zhǎng)方體結(jié)構(gòu)。
[0014]作為以上技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述高介電常數(shù)復(fù)合介質(zhì)基板尺寸由左至右依次為15mmX 15mmX 4mm、23mmX 23mmX 4mm和23mmX 23mmX 4mm,且高介電常數(shù)復(fù)合介質(zhì)基板尺寸為23_X23_X4mm的兩個(gè)天線單元間距為14mm。
[0015]作為以上技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，共用接地板的寬度在32mm-40mm的范圍內(nèi)選擇。
[0016]作為以上技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述共用接地板為SOmmX 40mm矩形金屬板。
[0017]本實(shí)用新型的有益效果在于:
[0018]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型研發(fā)的兼容北斗衛(wèi)星系統(tǒng)和GPS頻段的天線陣具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，尺寸小，調(diào)試便捷，覆蓋北斗收發(fā)，GPS LI和BI等多個(gè)頻段，可廣泛應(yīng)用于多模導(dǎo)航移動(dòng)終端設(shè)備。
【專利附圖】
【附圖說(shuō)明】
[0019]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)一步說(shuō)明:
[0020]圖1為本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例整體結(jié)構(gòu)的俯視圖；
[0021]圖2為圖1所示實(shí)施例整體結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖；
[0022]圖3為圖1所示實(shí)施例在2.40GHz-2.60GHz工作頻段的電壓駐波曲線圖；
[0023]圖4為圖1所示實(shí)施例在1.50GHz-l.62GHz工作頻段的電壓駐波曲線圖；
[0024]圖5為圖1所示實(shí)施例在1.50GHz-l.70GHz工作頻段的電壓駐波曲線圖；
[0025]圖6為圖1所示實(shí)施例頻率為1.560Ghz的輻射方向圖；
[0026]圖7為圖1所示實(shí)施例頻率為1.575GHz的輻射方向圖；
[0027]圖8為圖1所示實(shí)施例頻率為1.616GHz的輻射方向圖；
[0028]圖9為圖1所示實(shí)施例頻率為2.492GHz的輻射方向圖。
【具體實(shí)施方式】
[0029]本實(shí)用新型提供一種用于北斗收發(fā)兼容GPS LI和BI頻段便攜式多模導(dǎo)航系統(tǒng)手持終端的小型化天線陣。所述小型化天線陣由多個(gè)天線單元、同軸連接器以及共用接地板3組成。
[0030]具體地,參照?qǐng)D1,其中所示的實(shí)施例包括3個(gè)天線單元。每個(gè)天線單元由金屬福射單元貼片2和高介電常數(shù)復(fù)合介質(zhì)基板I組成，而同軸連接器則由同軸連接器內(nèi)芯4與同軸連接器外皮5組成，其中同軸連接器內(nèi)芯4與金屬輻射單元貼片2相連，同軸連接器外皮5與共用接地板3焊接。同軸連接器輸出的能量從饋電端輸入，激起天線的表面電流，由此產(chǎn)生輻射。
[0031]優(yōu)選地，在此實(shí)施例中同軸連接器阻抗50歐，采用MCX型。
[0032]在此實(shí)施例中，本實(shí)用新型選擇的高介電常數(shù)復(fù)合介質(zhì)基板I采用國(guó)產(chǎn)高頻復(fù)合介質(zhì)基板，介電常數(shù)為20,厚度為4mm,介質(zhì)基板形狀為底邊為正方形的長(zhǎng)方體，目的是為了減小天線單元的尺寸，實(shí)現(xiàn)小型化要求。
[0033]優(yōu)選地，高介電常數(shù)復(fù)合介質(zhì)基板I的尺寸有15mmX 15mmX4mm和23mm X 23mm X 4mm兩種長(zhǎng)方體結(jié)構(gòu)。
[0034]本實(shí)用新型的天線單元采用的金屬輻射單元貼片2為近似方形貼片，通過(guò)設(shè)置切角7實(shí)現(xiàn)天線圓極化方式工作，調(diào)諧枝節(jié)8的目的是優(yōu)化圓極化特性和電壓駐波比。金屬輻射單元貼片2的尺寸由HFSS軟件計(jì)算，經(jīng)過(guò)實(shí)測(cè)調(diào)整得到本實(shí)用新型的具體尺寸。
[0035]在此實(shí)施例中，本實(shí)用新型采用的共用接地板3為80mmX40mm矩形金屬板，根據(jù)實(shí)際使用的情況，共用接地板3的寬邊大小可以在40mm-32mm的范圍內(nèi)選擇，相應(yīng)調(diào)整每個(gè)天線單元的切角7，金屬輻射單元貼片2及其上的調(diào)諧枝節(jié)8的大小，仍可使方便地滿足整機(jī)要求。
[0036]優(yōu)選地，本實(shí)用新型的多個(gè)天線單元沿著共用接地板3的長(zhǎng)邊方向非均勻排列；每個(gè)天線單元焊接的同軸連接器內(nèi)芯4分布在共用接地板3的寬邊中點(diǎn)的對(duì)稱軸線上。
[0037]參照?qǐng)D2，位于陣列中間的天線單元尺寸(即高介電常數(shù)復(fù)合介質(zhì)基板I的尺寸)為23mmX23mmX4mm,為北斗發(fā)射頻段天線單元，陣列右側(cè)的天線單元尺寸為23mmX23mmX4mm,為北斗接收天線單元，陣列左側(cè)的天線單元尺寸為15mmX 15mmX 4mm,為北斗BI兼容LI頻段。由于采用共地結(jié)構(gòu)，天線之間存在較強(qiáng)的互耦效應(yīng)，經(jīng)過(guò)調(diào)試，改變北斗發(fā)射單元和B1、LI單元的介質(zhì)尺寸和貼片大小，在有限的安裝空間內(nèi)優(yōu)化單元間距為14mm，天線單元之間隔離度有效提高4dB，達(dá)到端口之間在對(duì)應(yīng)工作頻段14dB隔離要求，進(jìn)一步降低天線單元互耦效應(yīng)，覆蓋 1550MHz-1580MHz，1610MHz_1625 MHz，2485MHz_2500MHz工作頻段，BI頻段、LI頻段、北斗發(fā)射頻段、北斗接收頻段四個(gè)工作頻段均被覆蓋。滿足整機(jī)對(duì)方向圖要求，具體參照?qǐng)D6、圖7、圖8和圖9。
[0038]因此，復(fù)合介質(zhì)基板I尺寸為23mmX23mmX4mm的兩個(gè)天線單元間距為14mm。
[0039]參照?qǐng)D3、圖4和圖5，根據(jù)以上結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的兼容北斗衛(wèi)星系統(tǒng)和GPS頻段的天線陣，覆蓋北斗收發(fā)，GPS LI和BI四個(gè)頻段，電壓駐波均小于2 ;北斗接收頻段的最大增益是
3.2dBi。北斗發(fā)射頻段最大增益是2.58dBi，GPS LI的最大增益是3.7dBi，Bl最大增益是
4.0dBi，滿足多模導(dǎo)航移動(dòng)終端用戶設(shè)備要求。
[0040]以上對(duì)本實(shí)用新型的實(shí)施進(jìn)行了具體說(shuō)明，但本實(shí)用新型并不限于所述實(shí)施例，熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員在不違背本實(shí)用新型精神的前提下還可做出種種的等同變形或替換，這些等同的變型或替換均包含在本申請(qǐng)權(quán)利要求所限定的范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種兼容北斗衛(wèi)星系統(tǒng)和GPS頻段的天線陣，包括多個(gè)天線單元、共用接地板(3)以及同軸連接器，其中所述同軸連接器包括同軸連接器內(nèi)芯(4)及同軸連接器外皮(5)，其特征在于: 每一天線單元均包括一個(gè)高介電常數(shù)復(fù)合介質(zhì)基板(I)和一個(gè)金屬輻射貼片(2)； 所述多個(gè)天線單元共用所述共用接地板(3)； 所述同軸連接器內(nèi)芯(4)穿過(guò)高介電常數(shù)復(fù)合介質(zhì)基板(I)與上表面的金屬輻射貼片(2)通過(guò)焊錫連接，所述同軸連接器外皮(5)與共用接地板(3)焊接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的兼容北斗衛(wèi)星系統(tǒng)和GPS頻段的天線陣，其特征在于，所述高介電常數(shù)復(fù)合介質(zhì)基板(I)的介電常數(shù)為20，具有底邊為正方形的長(zhǎng)方體結(jié)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的兼容北斗衛(wèi)星系統(tǒng)和GPS頻段的天線陣，其特征在于，所述的金屬輻射單元貼片(2)為近似方形，其設(shè)有切角(7)實(shí)現(xiàn)天線圓極化方式工作，調(diào)諧枝節(jié)(8)優(yōu)化圓極化特性和電壓駐波比。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的兼容北斗衛(wèi)星系統(tǒng)和GPS頻段的天線陣，其特征在于，所述多個(gè)天線單元沿著共用接地板(3)的長(zhǎng)邊方向非均勻排列，與每一天線單元焊接的同軸連接器內(nèi)芯(4)分布在共用接地板(3)的寬邊中點(diǎn)的對(duì)稱軸線上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的兼容北斗衛(wèi)星系統(tǒng)和GPS頻段的天線陣，其特征在于，所述同軸連接器的阻抗為50歐，采用MCX型。
6.根據(jù)以上權(quán)利要求任一所述的兼容北斗衛(wèi)星系統(tǒng)和GPS頻段的天線陣，其特征在于，所述多個(gè)天線單元個(gè)數(shù)為3個(gè)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的兼容北斗衛(wèi)星系統(tǒng)和GPS頻段的天線陣，其特征在于，所述高介電常數(shù)復(fù)合介質(zhì)基板(I)的介電常數(shù)為20,具有尺寸分別為15mmX 15mmX4mm和23mm X 23mm X 4mm的長(zhǎng)方體結(jié)構(gòu)。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的兼容北斗衛(wèi)星系統(tǒng)和GPS頻段的天線陣，其特征在于，所述高介電常數(shù)復(fù)合介質(zhì)基板(O尺寸由左至右依次為15mmX 15mmX 4mm> 23mmX 23mmX 4mm和23mmX 23mmX 4mm,且高介電常數(shù)復(fù)合介質(zhì)基板(I)尺寸為23mmX 23mmX 4mm的兩個(gè)天線單元間距為14_。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的兼容北斗衛(wèi)星系統(tǒng)和GPS頻段的天線陣，其特征在于，共用接地板(3)的寬邊在32mm-40mm的范圍內(nèi)選擇。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的兼容北斗衛(wèi)星系統(tǒng)和GPS頻段的天線陣，其特征在于，所述共用接地板(3)為80mmX 40mm矩形金屬板。
【文檔編號(hào)】H01Q21/30GK203617423SQ201320710262
【公開(kāi)日】2014年5月28日 申請(qǐng)日期:2013年11月12日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月12日
【發(fā)明者】王莉娜, 蔣劍虹, 黃煒 申請(qǐng)人:深圳市維力谷無(wú)線技術(shù)有限公司