[发明专利]一种制作在手表玻璃表盘上的平面四臂螺旋圆极化天线

说明书

技术领域

本发明属于智能手表技术领域，具体涉及一种制作在手表玻璃表盘上的平面四臂螺旋圆极化天线。

背景技术

智能手表是一种新兴的个人终端设备，可以具备通信、定位、健康监测、移动支付等功能。智能手表的定位方式主要有基站定位、wifi定位和卫星定位。卫星定位的优势在于其可靠性和泛用性，可以在没有基站信号覆盖、没有网络信号的地方进行精确定位。

由于卫星导航定位系统多星定位的特点，接收天线需要具备宽波束特性，以接收来自不同方向的卫星信号；卫星导航信号的极化方式为右旋圆极化，因此接收天线可以有线极化和圆极化两种选择。这两种极化方式在智能手表中都有应用，但都有缺陷。线极化天线方案的缺陷在于，以线极化天线接收圆极化信号会有3dB的极化损失，会导致定位时间较长。

现有的智能手表圆极化天线方案主要采用将小型的北斗卫星导航系统(BeiDou Navigation Satellite System，BDS)接收模块或GPS(Global Positioning System，全球定位系统)接收模块直接装进手表内部。现有的小型北斗/GPS接收模块的天线方案通常为微带天线，用高介电常数陶瓷作为介质以减小尺寸，但是较高的介电常数会造成带宽减小以及增益降低。

另一种常见的圆极化天线为四臂螺旋天线(QuadrifilarHelixAntenna,QHA)。四臂螺旋天线是一种具有圆极化和宽波束特征的天线，它广泛应用于卫星通信和全球定位系统等无线电技术领域。四臂螺旋天线的优点在于结构紧凑、成本低廉、波束宽度大，以及良好的圆极化轴比。但是传统的四臂螺旋天线，整体结构呈圆柱体，不适合制作在平面结构上。而微带贴片天线虽然适合制作成平面结构，但天线辐射部分为不透明的金属贴片，不适合制作在玻璃等透明结构表面。如果使用透明导电材料，如ITO(氧化铟锡)，来制作天线的辐射部分，其表面电阻高达30至50，天线的辐射效率会降低很多。

此外智能手表作为一种小型手持终端，对终端天线的尺寸结构有特殊的要求。手表天线需要满足小型化、低剖面的特点。

发明内容

发明目的：为了解决现有技术存在的问题，本发明提供一种制作在手表玻璃表盘上的平面四臂螺旋圆极化天线，以满足使用者对于利用智能手表进行快速、高精度卫星定位的使用需求。

技术方案：为了实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

一种制作在手表玻璃表盘上的平面四臂螺旋圆极化天线，包括辐射单元、玻璃表盘、阻抗匹配结构、同轴线内导体、同轴线外导体、第一金属地、介质基板和微带馈电网络，所述的辐射单元由四根弧形金属旋臂构成，四根弧形金属旋臂印刷于玻璃表盘上表面边缘，在玻璃表盘的下表面设置阻抗匹配结构；在玻璃表盘的下方间隔设置介质基板，在介质基板上表面设置第一金属地，在介质基板下表面设置微带馈电网络；每根所述的弧形金属旋臂的一端与同轴线内导体的一端分别相连，同轴线内导体的另一端与微带馈电网络的输出端相连；所述的弧形金属旋臂通过金属通孔与玻璃表盘下表面的阻抗匹配结构相连；所述的阻抗匹配结构为弧形金属短路线，阻抗匹配结构与同轴线外导体的一端相连，同轴线外导体的另一端与第一金属地相连。

所述的四根弧形金属旋臂为旋转对称结构，每根弧形金属旋臂长度相等。

微带馈电网络有四个输出端，每个输出端输出的信号幅度相同，相位沿逆时针依次落后90°。

所述的微带馈电网络输入端和外部的SMA接头相连，馈入信号。

在所述的微带馈电网络同一层的平面上设置第二金属地和第三金属地；第二金属地和第三金属地均通过金属通孔与介质基板背面的第一金属地相连。

所述的阻抗匹配结构包括玻璃表盘下表面边缘的金属短线和短线通孔；所述的短线通孔位于每个弧形金属旋臂末端，辐射单元与金属短线通过短线通孔相连。

所述的玻璃表盘为圆形。

在所述的同轴线内导体和同轴线外导体之间设置同轴线介质层。

有益效果：与现有技术相比，本发明的一种制作在手表玻璃表盘上的平面四臂螺旋圆极化天线，具备以下优势：

(1)手表天线辐射单元采用四臂螺旋结构，具有高增益、低轴比和宽波束的特性，对右旋圆极化信号有较好的接收效果；

(2)手表天线的四个辐射旋臂绕制在平面玻璃片上表面边缘，而不是的圆柱体侧面，实现了四臂螺旋天线的平面化；

(3)手表天线采用加载短路臂的阻抗匹配结构，实现了四臂螺旋天线的小型化；