CN107611583A - 耦合馈电式右旋圆极化天线 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种耦合馈电式右旋圆极化天线，包括金属槽、四分之一波长转换器、连接在四分之一波长转换器一端的第一耦合片和连接在四分之一波长转换器另一端的第二耦合片，所述金属槽包括两相对的上槽壁和下槽壁，所述第一耦合片与上槽壁耦合馈电，所述第二耦合片与下槽壁耦合馈电。本发明将金属外框设计成天线辐射本体，解决了天线做在机体内部圆极化不易实现、方向图圆度差、增益低、效率低的问题，能在金属机身和复杂内部电子环境下实现增益高、效率高、方向图圆度较好的右旋圆极化效果，需要净空小，且成本低、易实现。

Description

耦合馈电式右旋圆极化天线

技术领域

本发明涉及右旋圆极化天线领域，尤其涉及一种耦合馈电式右旋圆极化天线。

背景技术

在民用领域，GPS卫星与地面定位终端之间通信发射的右旋圆极化波信号功率只有-160dBm左右，这就要求高精度定位终端上的GPS天线有较好的接收能力。早期的外置式GPS天线在没有干扰的自由空间环境下有很好的搜星效果，随着消费电子技术的发展，终端小型化和外观金属化的趋势给天线的设计带来了新的挑战，内置式天线为了避开周边金属器件和金属外壳需要较大的净空，但实际很难满足，且性能受机体材质和内部电子环境的影响较大。对GPS定位天线而言，金属化的机身和复杂的内部电子环境会造成天线方向图的畸变和增益的恶化，最终导致定位信号丢失。

发明内容

本发明为了解决上述技术问题，提供了一种耦合馈电式右旋圆极化天线，包括金属槽、四分之一波长转换器、连接在四分之一波长转换器一端的第一耦合片和连接在四分之一波长转换器另一端的第二耦合片，所述金属槽包括两相对的上槽壁和下槽壁，所述第一耦合片与上槽壁耦合馈电，所述第二耦合片与下槽壁耦合馈电。

进一步的，所述第一耦合片、第二耦合片和四分之一波长转换器平行设置。

进一步的，所述耦合馈电式右旋圆极化天线还包括垂直设置在四分之一波长转换器上的阻抗调谐分支。

进一步的，所述耦合馈电式右旋圆极化天线还包括PCB板，所述四分之一波长转换器、第一耦合片、第二耦合片和阻抗调谐分支均设置在PCB板的正面上。

进一步的，所述耦合馈电式右旋圆极化天线还包括同轴馈线，所述同轴馈线的芯线与四分之一波长转换器的端部连接。

进一步的，所述PCB板的反面设有第一露铜区，所述第一露铜区为四分之一波长转换器的端部延伸形成，所述同轴馈线的芯线连接第一露铜区。

进一步的，所述PCB板的反面还设有第二露铜区、导电布和导电铜箔，所述同轴馈线设有裸露的屏蔽层域一和屏蔽层域二，所述屏蔽层域一设置在同轴馈线中间且与导电布连接，所述屏蔽层域二设置在导电布与第一露铜区之间且与导电铜箔和第二露铜区连接，所述导电布、导电铜箔分别接地。

进一步的，所述四分之一波长转换器的长度为耦合馈电式右旋圆极化天线的中心频率的波长的四分之一，所述金属槽长度略大于四分之一波长转换器。

进一步的，所述金属槽设置在移动终端的金属边框上，所述金属边框与移动终端的金属中框为一体的。

进一步的，所述右旋圆极化天线为GPS天线。

本发明将金属外框设计成天线辐射本体，解决了天线做在机体内部圆极化不易实现、方向图圆度差、增益低、效率低的问题，能在金属机身和复杂内部电子环境下实现增益高、效率高、方向图圆度较好的右旋圆极化效果，需要净空小，且成本低、易实现。

附图说明

图1为本发明金属槽位置结构示意图。

图2是本发明天线馈电网络的正面结构示意图一。

图3是本发明天线馈电网络的背面结构示意图二。

图4是本发明天线馈电网络的背面结构示意图。

图5是本发明实施例2回波损耗图。

图6是本发明实施例2辐射效率图。

图7是本发明实施例2 YZ面右旋圆极化方向图。

其中，PCB板为1；PCB板槽为2；普通槽为3；金属边框为4；主板为5；金属中框为6；第一耦合片为7；第二耦合片为8；四分之一波长转换器为9；阻抗调谐分支为10、11和12；露铜区域为13和14；导电铜箔为15；导电布为16；同轴馈线为17。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征更易被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围作出更为清楚的界定。

实施例1：

本实施例中的耦合馈电式右旋圆极化天线如图1-图4所示。包括PCB板1、金属槽、四分之一波长转换器9、阻抗调谐分支、第一耦合片7和第二耦合片8，四分之一波长转换器、阻抗调谐分支、第一耦合片和第二耦合片组成天线馈电网络设置在PCB板的同一面上，四分之一波长转换器的长度为天线的中心频率的波长的四分之一，第一耦合片和第二耦合片分别平行的连接在四分之一波长转换器的两端，若干个阻抗调谐分支垂直连接在四分之一波长转换器上，用于调谐谐振频率；金属槽为矩形，长度略大于四分之一波长转换器，包括两相对的上槽壁和下槽壁，第一耦合片与上槽壁耦合馈电，所述第二耦合片与下槽壁耦合馈电。

本实施例通过对四分之一波长转换器的端部馈电，使两路电流信号产生90度相位差，分别通过两块耦合片在耦合的槽的边上激励起极化相互正交的两种电流震荡模式，从而合成右旋圆极化信号。

实施例2：

基于实施例1，在本实施例中，以外形尺寸为153mm*85mm*16mm的移动终端为例，具体说明耦合馈电式右旋圆极化天线的一种应用形式。

移动终端的金属边框和金属中框成一体；金属槽设置在顶部（朝天方向）金属边框上，包括PCB板槽和普通槽；从移动终端外向内依次是天线罩、PCB板槽和普通槽，天线罩的尺寸为75mm*12mm，PCB板的尺寸为64mm*9mm*0.35mm，普通槽的尺寸为58mm*7.8mm；由于本发明的天线所需的净空区小，移动终端内部的电路板与金属框之间的间距为2mm即可，主板加导电泡棉的高度为9mm，所以天线的垂直净空高度为7mm，水平净空高度只有2mm；电路板下方屏蔽罩贴有导电泡面充分接中框地，可尽量减小内部电路对天线的干扰。所述天线罩为常规ABS塑料材质，左右两侧各有一个扣位扣在金属框的定位柱中，其内侧与PCB板紧贴用于固定和保护PCB板，其长度和宽度尺寸可均大于PCB板2mm，PCB板通过金属边框上的定位柱和外侧的天线罩压紧来固定位置，有稳定的耦合效果。所述PCB板为常规RF-4材料的板材，长度和宽度尺寸略大于普通槽。PCB板与天线罩紧贴面印制有如实施例1的馈电网络走线，耦合片尺寸为10mm*1mm，四分之一波长转换器上设有3个阻抗调谐分支9、10、11用于调节天线谐振中心频率到1575MHz，，四分之一波长转换器是一段1575MHz对应的四分之一波长长度的印制铜；在PCB板另一面有两个露铜区域13和14，所述露铜区域13焊接同轴馈线17的芯线作为馈电点，与天线馈电网络导通，所述露铜区域14焊接上述导电铜箔15导到金属中框6接地，铜箔上再焊接同轴线的屏蔽层。所述同轴线中间处剥开露出屏蔽层绕上导电布16，所述导电布在装配好天线后粘贴到金属中框上接地，同轴线中间接地能有效的减小线上电流辐射对天线本体的干扰。PCB板正反面的走线（除导电铜箔、导电布和同轴馈线）可均为印制铜。

如图5所示，两路线极化电流本在1700MHz处产生一前一后两个谐振，由于自身谐振偏短，加入阻抗调谐分支加长到1575MHz后，两路电流的电长度加长不一致，谐振间距缩短逐渐合并，相位差略偏离90°。如图6、7所示，所述GPS天线在1575MHz±20MHz频段效率能达到33%—36%，在终端使用角度（垂直地面朝天空方向±60°）右旋圆极化增益最大达到2dBi，在金属终端设备复杂的电子环境下，相比内置天线效率和方向图有明显改善，能满足定位终端设备的使用需求。

本实施例通过对四分之一波长转换器的端部馈电，使两路电流信号产生90度相位差，分别通过贴装在金属槽表面的两块耦合片与之耦合在边框和中框上激励起极化相互正交的两种电流震荡模式，从而合成右旋圆极化信号。本实施例将金属外框设计成天线辐射本体，解决了天线做在机体内部圆极化不易实现、方向图圆度差、增益低、效率低的问题，能在金属机身和复杂内部电子环境下实现增益高、效率高、方向图圆度较好的右旋圆极化效果，需要净空小，且成本低、易实现。

上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (10)

1.一种耦合馈电式右旋圆极化天线，其特征在于，包括金属槽、四分之一波长转换器、连接在四分之一波长转换器一端的第一耦合片和连接在四分之一波长转换器另一端的第二耦合片，所述金属槽包括两相对的上槽壁和下槽壁，所述第一耦合片与上槽壁耦合馈电，所述第二耦合片与下槽壁耦合馈电。

2.根据权利要求1所述的耦合馈电式右旋圆极化天线，其特征在于，所述第一耦合片、第二耦合片和四分之一波长转换器平行设置。

3.根据权利要求1所述的耦合馈电式右旋圆极化天线，其特征在于，所述耦合馈电式右旋圆极化天线还包括垂直设置在四分之一波长转换器上的阻抗调谐分支。

4.根据权利要求1所述的耦合馈电式右旋圆极化天线，其特征在于，所述耦合馈电式右旋圆极化天线还包括PCB板，所述四分之一波长转换器、第一耦合片、第二耦合片和阻抗调谐分支均设置在PCB板的正面上。

5.根据权利要求4所述的耦合馈电式右旋圆极化天线，其特征在于，所述耦合馈电式右旋圆极化天线还包括同轴馈线，所述同轴馈线的芯线与四分之一波长转换器的端部连接。

6.根据权利要求5所述的耦合馈电式右旋圆极化天线，其特征在于，所述PCB板的反面设有第一露铜区，所述第一露铜区为四分之一波长转换器的端部延伸形成，所述同轴馈线的芯线连接第一露铜区。

7.根据权利要求6所述的耦合馈电式右旋圆极化天线，其特征在于，所述PCB板的反面还设有第二露铜区、导电布和导电铜箔，所述同轴馈线设有裸露的屏蔽层域一和屏蔽层域二，所述屏蔽层域一设置在同轴馈线中间且与导电布连接，所述屏蔽层域二设置在导电布与第一露铜区之间且与导电铜箔和第二露铜区连接，所述导电布、导电铜箔分别接地。

8.根据权利要求1所述的耦合馈电式右旋圆极化天线，其特征在于，所述四分之一波长转换器的长度为耦合馈电式右旋圆极化天线的中心频率的波长的四分之一，所述金属槽长度略大于四分之一波长转换器。

9.根据权利要求1所述的耦合馈电式右旋圆极化天线，其特征在于，所述金属槽设置在移动终端的金属边框上，所述金属边框与移动终端的金属中框为一体的。

10.根据权利要求1-9任一项所述的耦合馈电式右旋圆极化天线，其特征在于，所述右旋圆极化天线为GPS天线。