[發明專利]一種制作在手表玻璃表盤上的平面四臂螺旋圓極化天線

在審

• 申請號: 201710443644.1
• 申請日: 2017-06-13
• 公開（公告）號: CN107394372A
• 公開（公告）日: 2017-11-24
• 發明（設計）人: 陸衛兵;王健;劉震國
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: H01Q1/38
• 分類號: H01Q1/38;H01Q1/50;H01Q1/22;G04R60/08
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙)32204
• 代理人: 張華蒙

技術領域

本發明屬于智能手表技術領域，具體涉及一種制作在手表玻璃表盤上的平面四臂螺旋圓極化天線。

背景技術

智能手表是一種新興的個人終端設備，可以具備通信、定位、健康監測、移動支付等功能。智能手表的定位方式主要有基站定位、wifi定位和衛星定位。衛星定位的優勢在于其可靠性和泛用性，可以在沒有基站信號覆蓋、沒有網絡信號的地方進行精確定位。

由于衛星導航定位系統多星定位的特點，接收天線需要具備寬波束特性，以接收來自不同方向的衛星信號；衛星導航信號的極化方式為右旋圓極化，因此接收天線可以有線極化和圓極化兩種選擇。這兩種極化方式在智能手表中都有應用，但都有缺陷。線極化天線方案的缺陷在于，以線極化天線接收圓極化信號會有3dB的極化損失，會導致定位時間較長。

現有的智能手表圓極化天線方案主要采用將小型的北斗衛星導航系統(BeiDou Navigation Satellite System，BDS)接收模塊或GPS(Global Positioning System，全球定位系統)接收模塊直接裝進手表內部。現有的小型北斗/GPS接收模塊的天線方案通常為微帶天線，用高介電常數陶瓷作為介質以減小尺寸，但是較高的介電常數會造成帶寬減小以及增益降低。

另一種常見的圓極化天線為四臂螺旋天線(QuadrifilarHelixAntenna,QHA)。四臂螺旋天線是一種具有圓極化和寬波束特征的天線，它廣泛應用于衛星通信和全球定位系統等無線電技術領域。四臂螺旋天線的優點在于結構緊湊、成本低廉、波束寬度大，以及良好的圓極化軸比。但是傳統的四臂螺旋天線，整體結構呈圓柱體，不適合制作在平面結構上。而微帶貼片天線雖然適合制作成平面結構，但天線輻射部分為不透明的金屬貼片，不適合制作在玻璃等透明結構表面。如果使用透明導電材料，如ITO(氧化銦錫)，來制作天線的輻射部分，其表面電阻高達30至50，天線的輻射效率會降低很多。

此外智能手表作為一種小型手持終端，對終端天線的尺寸結構有特殊的要求。手表天線需要滿足小型化、低剖面的特點。

發明內容

發明目的：為了解決現有技術存在的問題，本發明提供一種制作在手表玻璃表盤上的平面四臂螺旋圓極化天線，以滿足使用者對于利用智能手表進行快速、高精度衛星定位的使用需求。

技術方案：為了實現上述發明目的，本發明采用如下技術方案：

一種制作在手表玻璃表盤上的平面四臂螺旋圓極化天線，包括輻射單元、玻璃表盤、阻抗匹配結構、同軸線內導體、同軸線外導體、第一金屬地、介質基板和微帶饋電網絡，所述的輻射單元由四根弧形金屬旋臂構成，四根弧形金屬旋臂印刷于玻璃表盤上表面邊緣，在玻璃表盤的下表面設置阻抗匹配結構；在玻璃表盤的下方間隔設置介質基板，在介質基板上表面設置第一金屬地，在介質基板下表面設置微帶饋電網絡；每根所述的弧形金屬旋臂的一端與同軸線內導體的一端分別相連，同軸線內導體的另一端與微帶饋電網絡的輸出端相連；所述的弧形金屬旋臂通過金屬通孔與玻璃表盤下表面的阻抗匹配結構相連；所述的阻抗匹配結構為弧形金屬短路線，阻抗匹配結構與同軸線外導體的一端相連，同軸線外導體的另一端與第一金屬地相連。

所述的四根弧形金屬旋臂為旋轉對稱結構，每根弧形金屬旋臂長度相等。

微帶饋電網絡有四個輸出端，每個輸出端輸出的信號幅度相同，相位沿逆時針依次落后90°。

所述的微帶饋電網絡輸入端和外部的SMA接頭相連，饋入信號。

在所述的微帶饋電網絡同一層的平面上設置第二金屬地和第三金屬地；第二金屬地和第三金屬地均通過金屬通孔與介質基板背面的第一金屬地相連。

所述的阻抗匹配結構包括玻璃表盤下表面邊緣的金屬短線和短線通孔；所述的短線通孔位于每個弧形金屬旋臂末端，輻射單元與金屬短線通過短線通孔相連。

所述的玻璃表盤為圓形。

在所述的同軸線內導體和同軸線外導體之間設置同軸線介質層。

有益效果：與現有技術相比，本發明的一種制作在手表玻璃表盤上的平面四臂螺旋圓極化天線，具備以下優勢：

(1)手表天線輻射單元采用四臂螺旋結構，具有高增益、低軸比和寬波束的特性，對右旋圓極化信號有較好的接收效果；

(2)手表天線的四個輻射旋臂繞制在平面玻璃片上表面邊緣，而不是的圓柱體側面，實現了四臂螺旋天線的平面化；

(3)手表天線采用加載短路臂的阻抗匹配結構，實現了四臂螺旋天線的小型化；