圓極化天線的制作方法
【專利摘要】本發明涉及一種圓極化天線，用于接收衛星信號，包括輻射層、介質層、反射層。所述輻射層和反射層分別位于所述介質層的兩側。所述反射層的材料為銅箔；所述介質層的材料為PCB基材。所述輻射層的材料為銅箔且形狀為正方形；所述輻射層設有輻射振子、饋點及簡并分離結構。其中，所述輻射振子用于產生第一簡并模及第二簡并模，且所述第一簡并模及第二簡并模均為線極化波。所述饋點及簡并分離結構滿足使所述第一簡并模及第二簡并模形成圓極化波并適用于所述衛星信號的條件。該圓極化天線能夠在反射層上設置低噪音信號模塊，從而能夠將天線與電路合為一體式產品，克服了傳統的GPS天線中陶瓷天線與低噪音信號模塊只能分開組裝的問題，節約了成本。
【專利說明】
圓極化天線
技術領域
[0001]本發明涉及無線通信技術領域，特別是涉及一種圓極化天線。
【背景技術】
[0002]衛星導航產業已成為第三個IT經濟的又一個新的增長點，尤其是以美國的GPS(Global Posit1ning System，全球定位系統)為代表的衛星導航與定位產業已逐步成為一個全球性的高新技術產業。
[0003]在GPS定位技術中，需通過接受衛星信號以進行定位或者導航的終端，而接收信號就必須用到天線。GPS衛星信號分為LI和L2，頻率分別為1575.42MHZ和1228MHZ，其中LI為開放的民用信號，信號為圓形極化。信號強度為-166DBM左右，屬于比較弱的信號。這些特點決定了要為GPS信號的接收準備專門的天線。在傳統的GPS天線中，應用較廣的是陶瓷天線，整套GPS天線包括陶瓷天線、低噪音信號模塊、線纜及接頭。然而，傳統的GPS天線中陶瓷天線與低噪音信號模塊只能分開組裝、成本高、調試難度大，因此不便于使用。
【發明內容】
[0004]基于此，有必要針對傳統的GPS天線中陶瓷天線與低噪音信號模塊只能分開組裝的問題，提供一種圓極化天線。
[0005]—種圓極化天線，用于接收衛星信號，包括輻射層、介質層及反射層;所述輻射層和反射層分別位于所述介質層的兩側；
[0006]所述反射層的材料為銅箔;所述介質層的材料為PCB基材;所述輻射層的材料為銅箔且形狀為正方形;所述輻射層設有輻射振子、饋點及簡并分離結構；
[0007]其中，所述輻射振子用于產生第一簡并模及第二簡并模，且所述第一簡并模及第二簡并模均為線極化波;所述饋點及簡并分離結構滿足使所述第一簡并模及第二簡并模形成圓極化波并適用于所述衛星信號的條件。
[0008]在其中一個實施例中，所述圓極化天線的饋電方式為中心饋入方式;所述圓極化波為右旋圓極化波，且所述第一簡并模的頻率小于所述第二簡并模。
[0009]在其中一個實施例中，所述簡并分離結構包括第一相位調試單元，且所述第一相位調試單元位于所述第一簡并模的電流路徑及第二簡并模的電流路徑之間；
[0010]所述第一相位調試單元用于通過沿第一區域并向所述輻射層的中心方向進行雕刻的方式，控制所述圓極化天線的相位沿逆時針方向旋轉。
[0011]在其中一個實施例中，所述簡并模分離結構包括第二相位調試單元及第三相位調試單元;所述第二相位調試單元及第三相位調試單元分別位于所述輻射層中心相對的兩側，并均位于所述第一簡并模的電流路徑及第二簡并模的電流路徑之間；
[0012]所述第二相位調試單元及第三相位調試單元用于通過沿第二區域并向所述輻射層的中心方向進行雕刻的方式，控制所述圓極化天線的相位沿順時針方向旋轉；同時，所述第二區域垂直于所述第一區域。
[0013]在其中一個實施例中，所述簡并分離結構還包括第一頻率調試單元和第二頻率調試單元;所述第一頻率調試單元用于通過沿垂直于所述第一簡并模所處對角線的方向進行刻槽縫的方式，降低所述第一簡并模的頻率;所述第二頻率調試單元用于通過沿垂直于所述第二簡并模所處對角線的方向進行刻槽縫的方式，降低所述第二簡并模的頻率。
[0014]在其中一個實施例中，所述簡并分離結構還包括第三頻率調試單元和第四頻率調試單元;所述第三頻率調試單元用于通過沿所述第一簡并模所處對角線的方向進行截角的方式，提高所述第一簡并模的頻率;所述第四頻率調試單元用于通過沿所述第二簡并模所處對角線的方向進行截角的方式，提高所述第二簡并模的頻率。
[0015]在其中一個實施例中，所述饋點設有銷釘。
[0016]在其中一個實施例中，所述第一簡并模的電流路徑及第二簡并模的電流路徑長度均等于各自諧振頻率對應的1/4波長與縮短系數的乘積，且所述縮短系數介于0.1至I之間。
[0017]在其中一個實施例中，所述圓極化天線的厚度介于2mm至4mm之間。
[0018]在其中一個實施例中，所述圓極化天線的長和寬均大于或等于12_。
[0019]上述圓極化天線具有的有益效果為:在該圓極化天線中，輻射振子用于產生第一簡并模及第二簡并模，且第一簡并模及第二簡并模均為線極化波。同時饋點及簡并分離結構滿足使第一簡并模及第二簡并模形成圓極化波并適用于對應衛星信號的條件。
[0020]因此，該圓極化天線能夠接收衛星信號。同時，在該圓極化天線中，由于反射層的材料為銅箔，介質層的材料為PCB基材，輻射層的材料為銅箔，因此，與傳統的陶瓷天線相比，該圓極化天線能夠在反射層上設置低噪音信號模塊，從而能夠將天線與電路合為一體式產品，克服了傳統的GPS天線中陶瓷天線與低噪音信號模塊只能分開組裝的問題，節約了成本。
【附圖說明】
[0021]為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他實施例的附圖。
[0022]圖1為一實施例提供的圓極化天線中輻射層的結構示意圖；
[0023]圖2為圖1所示實施例的圓極化天線中介質層的截面示意圖；
[0024]圖3為圖1所示實施例的圓極化天線中反射層的結構示意圖；
[0025]圖4為圖1所不實施例的圓極化天線中反射層的另一結構不意圖；
[0026]圖5為圖1所示實施例的圓極化天線中輻射層的另一結構示意圖；
[0027]圖6為圖1所不實施例的圓極化天線中介質層的另一截面不意圖；
[0028]圖7為圖1所示實施例的圓極化天線中關于第一簡并模及第二簡并模的史密斯圓圖；
[0029]圖8為圖5所示實施例的圓極化天線中第一相位調試單元調試前后結果對比的史密斯圓圖；
[0030]圖9為圖5所示實施例的圓極化天線中第二相位調試單元和第三相位調試單元前后結果對比的史密斯圓圖；
[0031]圖10為圖5所示實施例的圓極化天線中第一頻率調試單元調試前后結果對比的史密斯圓圖；
[0032]圖11為圖5所示實施例的圓極化天線中第二頻率調試單元調試前后結果對比的史密斯圓圖；
[0033]圖12為圖5所示實施例的圓極化天線中第三頻率調試單元調試前后結果對比的史密斯圓圖；
[0034]圖13為圖5所示實施例的圓極化天線中第四頻率調試單元調試前后結果對比的史密斯圓圖。
【具體實施方式】
[0035]為了便于理解本發明，下面將參照相關附圖對本發明進行更全面的描述。附圖中給出了本發明的較佳實施例。但是，本發明可以以許多不同的形式來實現，并不限于本文所描述的實施例。相反地，提供這些實施例的目的是使對本發明的公開內容的理解更加透徹全面。
[0036]除非另有定義，本文所使用的所有的技術和科學術語與屬于發明的技術領域的技術人員通常理解的含義相同。本文中在發明的說明書中所使用的術語只是為了描述具體的實施例的目的，不是旨在限制本發明。本文所使用的術語“和/或”包括一個或多個相關的所列項目的任意的和所有的組合。
[0037]一實施例提供的圓極化天線，用于接收衛星信號。其中，衛星信號為GPS衛星信號、北斗衛星信號或其他能夠進行定位的衛星信號。同時，該圓極化天線針對傳統的陶瓷天線在結構方面作了改進，具體原理如下。
[0038]如圖1至圖3所示，該圓極化天線包括輻射層100、介質層200及反射層300。其中，輻射層100和反射層300分別位于介質層200的兩側。福射層100用于福射和接收圓極化波，同時對于不同類型的衛星信號能夠進行微調以適應該衛星信號的要求。反射層300用于減小反射信號，抑制多徑，從而提高測量精度和接收靈敏度。
[0039]其中，反射層300的材料為銅箔。介質層200的材料為PCB基材，其介電常數介于4.0至5.0之間。其中，PCB基材可以為紙基板、環氧玻纖布基板、復合基板、特殊基板或其他類型。輻射層100的材料同樣為銅箔，且輻射層100的形狀為正方形，從而能夠提高均勻收星的效果。因此，本實施例中的圓極化天線為PCB雙面板。基于上述特性，如圖4所示，在反射層300上即可設置低噪音信號模塊400。其中，低噪音信號模塊400是指將信號進行放大和濾波的電路。
[0040]另外，福射層100設有福射振子110、饋點120及簡并分尚結構。其中，福射振子110為由銅箔構成，其能夠產生第一簡并模及第二簡并模。同時，第一簡并模及第二簡并模均為線極化波，即陶瓷天線中的X軸振子和Y軸振子。如圖1所示，第一簡并模的電流路徑為111，第二簡并模的電流路徑為112。同時，饋點120及簡并分離結構滿足使第一簡并模及第二簡并模形成圓極化波并適用于相應衛星信號的條件。
[0041]具體的，饋點120的位置使產生的第一簡并模及第二簡并模的電場方向垂直，例如饋點120采用中心饋入或偏心饋入的方式。同時，饋點120及簡并分離結構的形狀及位置使該圓極化天線阻抗匹配，例如使該圓極化天線的輸入阻抗為50歐。饋點120和簡并分離結構的形狀及位置還使該圓極化天線能夠產生中心頻率與相應衛星信號頻率相同的圓極化波，從而保證該圓極化天線能夠接收該衛星信號。
[0042]綜上所述，本實施例提供的圓極化天線能夠在反射層300上設置低噪音信號模塊，從而能夠將天線與電路合為一體式產品，克服了傳統的GPS天線中陶瓷天線與低噪音信號模塊只能分開組裝的問題，節約了成本。同時由于是本實施例提供的圓極化天線基于PCB板進行調試，與陶瓷天線相比，也降低了調試難度。
[0043]具體的，本實施例中提供的圓極化天線為GPS接收天線，并能夠通過對簡并分離結構進行微調而調試成適用于其他衛星信號的圓極化天線。同時，該圓極化天線的饋電方式為中心饋入方式。中心饋入方式指饋點120處于輻射層100正中心微向上偏移的位置，從而既能產生電場方向相互垂直的第一簡并模及第二簡并模，又便于進行阻抗匹配的調試而無需增加其他器件，從而節約成本。
[0044]同時，該圓極化天線產生的圓極化波為右旋圓極化波，且第一簡并模的頻率小于第二簡并模，即第一簡并模的電流路徑111長于第二簡并模的電流路徑112。由于GPS衛星使用的發射天線為右旋圓極化天線，因此本實施例中將圓極化天線同樣設計為右旋圓極化天線，以保證能夠順利接收到GPS衛星信號。如圖7所示，該圓極化天線中fL為第一簡并模，fH為第二簡并模。
[0045]可以理解的是，圓極化天線的饋電方式及產生的圓極化波類型不限于上述一種情況，只要能夠滿足衛星信號的要求即可。
[0046]具體的，如圖5所示，簡并模分離結構包括第一相位調試單元131，且第一相位調試單元131位于第一簡并模的電流路徑111及第二簡并模的電流路徑112之間。其中，第一相位調試單元131為對輻射層100從邊緣開始向內進行雕刻后形成的部分，因此第一相位調試單元131不經過電流。
[0047]第一相位調試單元131用于通過沿第一區域150并向輻射層100的中心方向進行雕刻的方式，控制圓極化天線的相位沿逆時針方向旋轉，即使該圓極化天線的阻抗偏向感性，從而便于進行阻抗匹配的調試。如圖8所示，對第一相位調試單元131進行雕刻后，圓極化天線的阻抗相位沿逆時針方向旋轉。
[0048]另外，簡并模分離結構還包括第二相位調試單元132及第三相位調試單元133。第二相位調試單元132及第三相位調試單元133分別位于輻射層100中心相對的兩側，并均位于第一簡并模的電流路徑111及第二簡并模的電流路徑112之間。
[0049]其中，第二相位調試單元132、第三相位調試單元133分別為對輻射層100從另外兩條相互平行的邊緣開始向內進行雕刻后形成的部分，因此第二相位調試單元132及第三相位調試單元133同樣不經過電流。同時，第二相位調試單元132及第三相位調試單元133之間不相通。第二相位調試單元132及第三相位調試單元133的面積均大于第一相位調試單元131。
[0050]第二相位調試單元132及第三相位調試單元133用于通過沿第二區域160并向輻射層100的中心方向進行雕刻的方式，控制圓極化天線的相位沿順時針方向旋轉，即使該圓極化天線的阻抗偏向容性，從而便于進行阻抗匹配的調試。其中，第二區域160垂直于第一區域150。如圖9所示，對第二相位調試單元132及第三相位調試單元133進行相應雕刻后，該圓極化天線的阻抗相位沿順時針方向旋轉。
[0051]同時，在本實施例中，第一相位調試單元131、第二相位調試單元132、第三相位調試單元133及饋點120共同使該圓極化天線的阻抗為50歐，從而阻抗匹配。同時對于其他類型的衛星信號而言，只需對第一相位調試單元131、第二相位調試單元132及第三相位調試單元133進行微調即可調節該圓極化天線的阻抗以使阻抗匹配。
[0052]可以理解的是，圓極化天線關于調節阻抗的結構不限于上述一種情況，只要最終使圓極化天線的阻抗匹配即可。
[0053]具體的，如圖5所示，簡并分離結構還包括第一頻率調試單元134和第二頻率調試單元135。第一頻率調試單元134和第二頻率調試單元135均包括若干相互平行的槽縫。同時，第一頻率調試單元134中的各槽縫之間不連通，并垂直于第一簡并模所處的對角線。第二頻率調試單元135中的各槽縫之間同樣不連通，并垂直于第二簡并模所處的對角線。因此，本實施例通過設置第一頻率調試單元134和第二頻率調試單元135，使第一簡并模、第二簡并模的電流路徑均為蛇形走線，增長了電流路徑，從而便于調節第一簡并模、第二簡并模之間的相位差，且將該圓極化天線的中心頻率調節為相應衛星信號的頻率。
[0054]其中，第一頻率調試單元134用于通過沿垂直于第一簡并模所處對角線的方向進行刻槽縫的方式，延長第一簡并模的電流路徑111，即使其成為蛇形走線，使第一簡并模的頻率相比微調前的頻率向低頻偏移，從而使圓極化諧振圈變小，進而相應降低整個圓極化天線的中心頻率。如圖10所示，對第一頻率調試單元134刻槽縫后，第一簡并模(S卩??)的頻率降低。
[0055]第二頻率調試單元135用于通過沿垂直于第二簡并模所處對角線的方向刻槽縫的方式，延長第二簡并模的電流路徑112，即使其成為蛇形走線，使第二簡并模的頻率相比微調前的頻率向低頻偏移，從而使圓極化諧振圈變小，同時也降低整個圓極化天線的中心頻率。如圖11所示，對第二頻率調試單元135刻槽縫后，第二簡并模(S卩fH)的頻率降低。
[0056]另外，簡并分離結構還包括第三頻率調試單元136和第四頻率調試單元137。其中，第三頻率調試單元136用于通過沿第一簡并模所處對角線的方向進行截角的方式，提高第一簡并模的頻率。第三頻率調試單元136分別位于第一簡并模所處對角線的兩端。同時，在進行截角時盡量保持截角形狀為等腰三角形，且兩端的截角大小保持一致。由于截角會使第一簡并模的電流路徑111變短，因此相應提高第一簡并模的頻率，從而使圓極化諧振圈變大，進而相應提高圓極化天線的中心頻率。如圖12所示，對第三頻率調試單元136截角后，第一簡并模(即fL)的頻率升高。
[0057]第四頻率調試單元137用于通過沿第二簡并模所處對角線的方向進行截角的方式，提高第二簡并模的頻率。其中，第四頻率調試單元137分別位于第二簡并模所處對角線的兩端。同時，在進行截角時盡量保持截角形狀為等腰三角形，且兩端的截角大小保持一致。由于截角會使第二簡并模的電流路徑112變短，因此相應提高第二簡并模的頻率，從而使圓極化諧振圈變大，進而相應提高圓極化天線的中心頻率。如圖13所示，對第四頻率調試單元137截角后，第二簡并模(S卩fH)的頻率升高。
[0058]本實施例中，在第一頻率調試單元134、第二頻率調試單元135、第三頻率調試單元136及第四頻率調試單元137的共同作用下，使第一簡并模的電流路徑111、第二簡并模的電流路徑112均等于與GPS信號相應的各自諧振頻率對應的1/4波長與縮短系數的乘積。其中，縮短系數介于0.1至I之間，且由介質層200的厚度及大小、空氣中的溫濕度等因素決定。同時，由上述各頻率調試單元構成的第一簡并模與第二簡并模之間的共振長度差異，使第一簡并模與第二簡并模的相位相差90度，從而保證能夠接收GPS信號。
[0059]同時，對于其他類型的衛星信號而言，只需通過調試第一頻率調試單元134、第二頻率調試單元135降低第一簡并模、第二簡并模的頻率、或調試第三頻率調試單元136及第四頻率調試單元137提高第一簡并模、第二簡并模的頻率，最終使第一簡并模、第二簡并模產生適用于相應衛星信號的圓極化波。
[0060]可以理解的是，該圓極化天線關于調節第一簡并模、第二簡并模頻率的結構不限于上述一種情況，只要能夠使該圓極化天線接收相應的衛星信號即可。
[0061]進一步的，本實施例中采用同軸線進行饋電，并將探針與同軸線的內導體相連。對于同軸饋電的方式，由于饋線位于反射層300下方，因此不會影響圓極化天線的輻射，同時還具有制造簡單、易于匹配的優點。另外，如圖6所示，饋點120處設有銷釘140。銷釘140能夠調諧各個諧振頻率，從而能夠增加圓極化天線的帶寬。
[0062]同時，該圓極化天線的厚度C介于2mm至4mm之間，例如為3mm。該圓極化天線的長a和寬b均大于或等于12mm，例如為25mm。
[0063]可以理解的是，圓極化天線的具體饋電方式及相關尺寸不限于上述一種情況，只要能夠滿足GPS信號的要求即可。
[0064]以上所述實施例的各技術特征可以進行任意的組合，為使描述簡潔，未對上述實施例中的各個技術特征所有可能的組合都進行描述，然而，只要這些技術特征的組合不存在矛盾，都應當認為是本說明書記載的范圍。
[0065]以上所述實施例僅表達了本發明的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細，但并不能因此而理解為對發明專利范圍的限制。應當指出的是，對于本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬于本發明的保護范圍。因此，本發明專利的保護范圍應以所附權利要求為準。
【主權項】
1.一種圓極化天線，用于接收衛星信號，其特征在于，包括輻射層、介質層、反射層;所述輻射層和反射層分別位于所述介質層的兩側； 所述反射層的材料為銅箔;所述介質層的材料為PCB基材;所述輻射層的材料為銅箔且形狀為正方形;所述輻射層設有輻射振子、饋點及簡并分離結構； 其中，所述輻射振子用于產生第一簡并模及第二簡并模，且所述第一簡并模及第二簡并模均為線極化波;所述饋點及簡并分離結構滿足使所述第一簡并模及第二簡并模形成圓極化波并適用于所述衛星信號的條件。2.根據權利要求1所述的圓極化天線，其特征在于，所述圓極化天線的饋電方式為中心饋入方式;所述圓極化波為右旋圓極化波，且所述第一簡并模的頻率小于所述第二簡并模。3.根據權利要求2所述的圓極化天線，其特征在于，所述簡并分離結構包括第一相位調試單元，且所述第一相位調試單元位于所述第一簡并模的電流路徑及第二簡并模的電流路徑之間； 所述第一相位調試單元用于通過沿第一區域并向所述輻射層的中心方向進行雕刻的方式，控制所述圓極化天線的相位沿逆時針方向旋轉。4.根據權利要求3所述的圓極化天線，其特征在于，所述簡并模分離結構包括第二相位調試單元及第三相位調試單元;所述第二相位調試單元及第三相位調試單元分別位于所述輻射層中心相對的兩側，并均位于所述第一簡并模的電流路徑及第二簡并模的電流路徑之間； 所述第二相位調試單元及第三相位調試單元用于通過沿第二區域并向所述輻射層的中心方向進行雕刻的方式，控制所述圓極化天線的相位沿順時針方向旋轉；同時，所述第二區域垂直于所述第一區域。5.根據權利要求2所述的圓極化天線，其特征在于，所述簡并分離結構還包括第一頻率調試單元和第二頻率調試單元;所述第一頻率調試單元用于通過沿垂直于所述第一簡并模所處對角線的方向進行刻槽縫的方式，降低所述第一簡并模的頻率;所述第二頻率調試單元用于通過沿垂直于所述第二簡并模所處對角線的方向進行刻槽縫的方式，降低所述第二簡并模的頻率。6.根據權利要求2所述的圓極化天線，其特征在于，所述簡并分離結構還包括第三頻率調試單元和第四頻率調試單元;所述第三頻率調試單元用于通過沿所述第一簡并模所處對角線的方向進行截角的方式，提高所述第一簡并模的頻率;所述第四頻率調試單元用于通過沿所述第二簡并模所處對角線的方向進行截角的方式，提高所述第二簡并模的頻率。7.根據權利要求1所述的圓極化天線，其特征在于，所述饋點設有銷釘。8.根據權利要求1所述的圓極化天線，其特征在于，所述第一簡并模的電流路徑及第二簡并模的電流路徑長度均等于各自諧振頻率對應的1/4波長與縮短系數的乘積，且所述縮短系數介于0.1至I之間。9.根據權利要求1所述的圓極化天線，其特征在于，所述圓極化天線的厚度介于2mm至4mm之間。10.根據權利要求1所述的圓極化天線，其特征在于，所述圓極化天線的長和寬均大于或等于12mm。
【文檔編號】H01Q1/38GK105958194SQ201610388196
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年6月1日
【發明人】周桂云
【申請人】深圳市中聯云達科技有限公司