技术领域
[0001] 本申请涉及天线技术领域，特别是涉及一种螺旋天线和定位系统。
相关背景技术
[0002] 北斗三代卫星导航系统目前提供公开服务的信号主要有B1I、B1C、B2a、B2I和B3I等频段的导航信号。对于开放服务而言，频谱的重叠能够为各个导航系统提供更好的导航定位功能。随着北斗导航卫星系统的快速发展，GPS、GLONASS、GALILEO以及北斗卫星导航系统等系统，存在多系统并存的需求。
[0003] 现有的螺旋天线带宽较窄，覆盖频段有限，不能同时覆盖多个定位系统的频段，无法满足支持多系统的需求。
具体实施方式
[0022] 为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
[0023] 需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。另外，连接既可以是用于固定作用也可以是用于耦合或连通作用。
[0024] 还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个…”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同或者等同要素。另外，术语“上”、“下”、“顶”、“底”等并不构成绝对的空间关系限制，只是一种相对的概念。
[0025] 在其中一个实施例中，本申请提供一种螺旋天线，如图1所示，螺旋天线包括：介质体10、至少一组螺旋辐射臂20和馈电网络30。其中，至少一组螺旋辐射臂20缠绕在介质体10的表面。
[0026] 如图2所示，每组螺旋辐射臂20包括短路枝节21、第一低频辐射枝节22、第二低频辐射枝节23以及高频辐射枝节24。其中，第一低频辐射枝节22与高频辐射枝节24均接入馈电网络30，短路枝节21与第一低频辐射枝节22连接，且短路枝节21和第二低频辐射枝节23均接地。
[0027] 其中，第一低频辐射枝节22和第二低频辐射枝节23相邻设置，并在馈源的激励下共同作用后工作在第一谐振点和第二谐振点，且第一谐振点的频率小于第二谐振点。馈电网络30用于将接收到的电磁信号转换成满足螺旋天线的圆极化要求的电磁信号。
[0028] 可选地，介质体10由低介电常数的材料制成，例如，FPC、塑料，可用于承载或贴附辐射臂。螺旋辐射臂20采用金属微带线制成，用于在馈源的激励下产生电磁信号。馈电网路30即馈电网络电路，用于向螺旋辐射臂20提供馈源所产生的电磁信号。
[0029] 螺旋天线的工作过程如下：卫星辐射电磁信号，螺旋天线中的第一低频辐射枝节22和第二低频辐射枝节23接
收低频段的电磁信号，高频辐射枝节24接收高频段的电磁信号，并且第一低频辐射枝节22和第二低频辐射枝节23相邻设置，两者之间发生电磁信号的能量耦合，共同作用后激发出两个低频谐振点，扩展了低频段的电磁信号的带宽。
[0030] 本实施例中，螺旋天线包括介质体、至少一组螺旋辐射臂和馈电网络。其中，至少一组螺旋辐射臂缠绕在介质体的表面，每组螺旋辐射臂包括短路枝节、第一低频辐射枝节、第二低频辐射枝节以及高频辐射枝节。第一低频辐射枝节与高频辐射枝节均接入馈电网络，短路枝节与第一低频辐射枝节连接，且短路枝节和第二低频辐射枝节均接地。其中，第一低频辐射枝节和第二低频辐射枝节，用于在馈源的激励下工作在第一谐振点和第二谐振点，并且第一谐振点的频率小于第二谐振点。馈电网络用于将接收到的电磁信号转换成满足螺旋天线的圆极化要求的电磁信号。上述螺旋天线通过第一低频辐射枝节和第二低频辐射枝节进行电磁信号的能量耦合，进而激发出两个低频谐振点，从而拓宽了螺旋天线的覆盖带宽，相比现有仅有一个谐振点，低频带宽较窄的螺旋天线而言，可以覆盖更多定位系统的覆盖带宽，满足支持多种定位系统的需求。
[0031] 在其中一个实施例中，上述螺旋辐射臂20的具体结构如下：其中，第一低频辐射枝节22为L型辐射枝节。
[0032] 可选地，如图2所示，第一低频辐射枝节22与高频辐射枝节24电连接，并通过高频辐射枝节24接入馈电网络30。有利于第一低频辐射枝节22与高频辐射枝节24的一体化成型，简化螺旋辐射臂20的制作过程。
[0033] 可选地，如图3所示，第一低频辐射枝节22可不与高频辐射枝节24电连接，直接接入馈电网络30。以实现第一低频辐射枝节22和高频辐射枝节24的独立成型，便于后续灵活组建螺旋辐射臂20。
[0034] 可选地，如图2所示，短路枝节21设置于第一低频辐射枝节22和高频辐射枝节24之间，且靠近第一低频辐射枝节22设置。其中，短路枝节21的长度或者短路枝节21与第一低频辐射枝节22和高频频辐射枝节24的距离会影响整个螺旋天线的性能，如覆盖带宽，将短路枝节21靠近第一低频辐射枝节22设置可有效提高低频辐射带宽。
[0035] 在其中一个实施例中，第一低频辐射枝节22、高频辐射枝节24和短路枝节21的成型过程如下：可选地，为简化螺旋辐射臂20的制作过程，上述第一低频辐射枝节22、高频辐射枝
节24和短路枝节21一体成型。例如，在整片微带线制作基材上蚀刻出整个第一低频辐射枝节22、高频辐射枝节24和短路枝节21。一体成型简化螺旋辐射臂20的制作过程，提高了螺旋辐射臂20的制作效率。
[0036] 可选地，为后续灵活组建螺旋辐射臂20，上述第一低频辐射枝节22、高频辐射枝节24和短路枝节21可分别成型。例如，在整片微带线制作基材上分别蚀刻出第一低频辐射枝节22、高频辐射枝节24和短路枝节21，在将第一低频辐射枝节22和高频辐射枝节24以及将短路枝节21电连接。分别成型便于后续灵活组建螺旋辐射臂20，提高了螺旋辐射臂20的制作灵活性。
[0037] 可选地，螺旋辐射臂20内的各个辐射枝节在介质体10表面沿着同一方向绕设。例如，各个辐射枝节可以由介质体10底部（靠近馈电网络30的一端），沿着介质体10表面向介质体10顶部呈顺时针或者逆时针绕设。
[0038] 在其中一个实施例中，为提高螺旋天线的圆极化辐射效果，介质体10为空心圆柱，可有效减少电磁信号的辐射损耗。但并不仅限于此，对于本领域技术人员来说，介质体10可以采用任何适合制作螺旋天线的形状，比如圆筒形、管状等。
[0039] 可选地，螺旋天线包括四组螺旋辐射臂20，该螺旋天线即为四臂螺旋天线。如图4所示，馈电网络30为一分四馈电网络，一分四馈电网络具有四个馈电点31。每一馈电点31分别与一组螺旋辐射臂20电连接。具体地，如图5所示，每一馈电点31与螺旋辐射臂20中的高频辐射枝节24电连接。其中，馈电网络30通过上述四个馈电点31将螺旋辐射臂20接收到电磁信号产生0°、 ‑90°、 ‑180°、 ‑270°的相位差，从而实现四臂螺旋天线的右旋圆极化。
[0040] 其中，在介质体10为空心圆柱的情况下，四组螺旋辐射臂20顺着介质体10的中心轴O间隔90°绕设。其中，螺旋辐射臂20内各组辐射枝节平行设置，且四组螺旋辐射臂20也相互平行。
[0041] 可选地，空心圆柱型的介质体10可通过注塑一次成型，并通过LDS（Laser Direct structuring，激光直接成型）工艺在介质体10表面形成螺旋辐射臂20。还可以在FPC（Flexible Printed Circuit，柔性电路板）上印制上述螺旋辐射臂20，再将FPC卷制成圆柱体，形成绕设有螺旋辐射臂20的空心圆柱型的介质体10。
[0042] 需要说明的是，短路枝节21沿着介质体10表面的长度影响整个螺旋天线的辐射带宽，同时短路枝节21沿着介质体10表面的长度，与介质体10的直径、介质体10的高度和短路枝节21与介质体10的轴线之间的夹角中的至少一个相关。
[0043] 在其中一个实施例中，为满足螺旋天线的辐射带宽需求，螺旋天线的设置参数如下：介质体10的直径为25mm，高度为42mm。高频辐射枝节24的长度为33mm，第一低频辐
射枝节22的长度为37mm，第二低频辐射枝节23的长度是40mm，短路枝节21的长度为1.5mm，各辐射枝节的宽度大于1.5mm且小于2mm。
[0044] 其中，上述各辐射枝节的长度即为个辐射枝节在介质体10表面延伸的臂长。
[0045] 具体地，螺旋天线在高频辐射枝节24的作用下，工作在1561.098 MHZ 1602 MHZ~频段。即螺旋天线通过高频辐射枝节24产生1561.098 MHZ 1602 MHZ频段的电磁信号。其~
中，上述1561.098 MHZ 1602 MHZ频段包括全球定位系统GPS的工作频点L1的1575.42MHZ，~
全球卫星导航系统GLONASS的工作频点G1的1602 MHZ，以及北斗卫星导航系统BDS的工作频点B1I 的1561.098 MHZ和B1C 的1575.42 MHZ。
[0046] 具体地，螺旋天线在第一低频辐射枝节22和第二低频辐射枝节23的作用下，工作在1176.45MHZ 1246 MHZ频段。即螺旋天线通过第一低频辐射枝节22和第二低频辐射枝节~23产生1176.45MHZ 1246 MHZ频段的电磁信号。其中，上述1176.45MHZ 1246 MHZ频段包括~ ~
全球定位系统GPS的工作频点L2的1227.6 MHZ和L5的1176.45 MHZ，全球卫星导航系统GLONASS的工作频点G2的1246 MHZ，以及北斗卫星导航系统BDS的工作频点B2a 的1176.45 MHZ和B2b的1207.14MHZ。
[0047] 本实施例中，螺旋天线在介质体的直径为25mm，高度为42mm，高频辐射枝节的长度为33mm，第一低频辐射枝节的长度为37mm，第二低频辐射枝节的长度是40mm，短路枝节的长度为1.5mm，各辐射枝节的宽度大于1.5mm且小于2mm的设置参数下，即可实现高频工作在1561.098 MHZ 1602 MHZ频段，涵盖了全球定位系统GPS的工作频点L1，全球卫星导航系统~
GLONASS的工作频点G1，以及北斗卫星导航系统BDS的工作频点B1I和B1C，低频工作在
1176.45MHZ 1246 MHZ频段，涵盖了全球定位系统GPS的工作频点L2和L5，全球卫星导航系~
统GLONASS的工作频点G2，以及北斗卫星导航系统BDS的工作频点B2a和B2b。上述螺旋天线在不增大体积的情况下，辐射带宽更广，适用于多种定位系统对于辐射带宽的需求。
[0048] 在其中一个实施例中，为提高螺旋天线的定位效果，如图6所示，上述螺旋天线还包括定位模块50和有线传输接口60。其中，定位模块50与馈电网络30电连接，用于根据螺旋天线接收的卫星定位信号确定定位数据，定位数据为数字信号。定位模块50还用于，通过有线传输接口60向终端设备发送定位数据。
[0049] 如图7所示，螺旋天线应用于定位场景，螺旋天线100接收卫星200发送的GNSS（Global Navigation Satellite System，全球卫星导航系统）卫星定位信号，并通过馈电网络30将GNSS卫星定位信号（以下简称“GNSS信号”）发送至定位模块50，由定位模块50对GNSS信号进行系列信号处理，得到数字信号模式的定位数据，进而通过有线传输接口60向终端设备300发送该定位数据。
[0050] 可选地，为方便承载介质体10和定位模块50，螺旋天线还包括介质基板40。介质体10可拆卸的固定在介质基板40上。馈电网络30设置于介质基板40朝向介质体10的一侧。定位模块50和有线传输接口60相应设置在介质基板40背离介质体10的一侧。
[0051] 本实施例中，螺旋天线还包括介质基板、定位模块和有线传输接口，介质体可拆卸的固定在介质基板上，馈电网络设置于介质基板朝向介质体的一侧，定位模块和有线传输接口设置在介质基板背离介质体的一侧。定位模块与馈电网络电连接，用于根据螺旋天线接收的卫星定位信号确定数字信号模式的定位数据，并通过有线传输接口向终端设备发送定位数据。上述螺旋天线通过有线传输接口向终端设备发送定位数据的过程有效降低了电磁信号的损耗，以及螺旋天线与终端设备之间的电磁干扰，提高了定位数据的稳定性和准确性，进而提高了采用上述螺旋天线定位的准确性。
[0052] 在其中一个实施例中，如图6所示，定位模块50包括射频电路51和定位处理单元52。
[0053] 可选地，射频电路51与定位处理单元之52间设置有屏蔽罩。以降低射频电路51与定位处理单元52之间的信号干扰。
[0054] 其中，射频电路51用于对卫星定位信号进行信号放大处理，将放大处理后的信号功分为高频段信号和低频段信号，再分别对高频段信号、低频段信号进行滤波、放大处理，对获得的卫星定位信号进行合路处理，并将各路处理后的卫星定位信号输入至定位处理单元52。定位处理单元52用于根据卫星定位信号确定定位数据。
[0055] 如图8所示，定位模块50对卫星定位信号进行系列信号处理，得到数字信号模式的定位数据的过程具体如下：射频电路51从螺旋天线接收到的GNSS信号比较微弱，容易受到外界干扰信号和噪
声的干扰，所以需要射频电路51通过LAN（Low Noise Amplifier，低噪声放大器）对GNSS信号进行信号放大处理，然后经过功分器分为高频段信号和低频段信号，分别经过前置滤波、信号放大以及后置滤波，再进行高低频何合路，形成一路GNSS信号。再由射频电路51将合路后的GNSS信号传输至定位处理单元52。定位处理单元52将上述合路后的GNSS信号经过数字调制处理，通过串口输出数字信号模式的定位数据。
[0056] 图9a‑图9h分别表示上述螺旋天线在不同频谱下的右旋圆极化增益曲线，从图中可以看出，1602MHz、1575MHz、1561MHz、1246MHz、1227MHz、1207MHz、1176MHz的顶点增益分别达到了2.2dbi、3.2dbi、2.9dbi、2.2dbi、3.5dbi、1.8dbi、4.1dbi。可见，本申请所提供的螺旋天线的各个频段的顶点增益较高，波束宽度较宽，整体性能优异，满足客户对螺旋天线适用于多定位系统的使用需求。
[0057] 本实施例中，螺旋天线的定位模块包括射频电路和定位处理单元，射频电路用于对卫星定位信号进行信号放大处理，将放大处理后的信号功分为高频段信号和低频段信号，分别对高频段信号和低频段信号进行滤波、放大处理，再对获得的卫星定位信号进行合路处理，并将合路处理后的卫星定位信号输入至定位处理单元，由定位处理单元根据合路处理后的卫星定位信号确定定位数据。上述螺旋天线的功能更加集成化，射频电路与定位处理单元之间设置有屏蔽罩的隔离设计，进一步降低了内部信号处理损耗，提高了信号的抗干扰性，进而提高了螺旋天线的定位效果。
[0058] 在其中一个实施例中，本申请提供一种定位系统，包括上述任一项螺旋天线。
[0059] 其中，螺旋天线用于接收卫星定位信号，对接收到的卫星定位信息进行系列处理得到数字信号模式的定位数据，并将定位数据发送至终端设备。
[0060] 可选地，终端设备可以是任何需要定位的设备。例如，手机、汽车、无人机、飞机等等。
[0061] 螺旋天线的具体结构和得到定位数据的过程请参阅前述相关段落的描述，在此不再赘述。
[0062] 以上内容是结合具体/优选的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，其还可以对这些已描述的实施方式做出若干替代或变型，而这些替代或变型方式都应当视为属于本发明的保护范围。在本说明书的描述中，参考术语“一种实施例”、“一些实施例”、“优选实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
[0063] 以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。
