一种GPS天线的极化可重构方法、装置及GPS天线与流程

本发明涉及移动通讯领域，特别是涉及一种gps天线的极化可重构方法、装置及gps天线。

背景技术：

目前手机终端的gps天线多是采用线极化方式，而gps定位的信号是一种圆极化电磁波，这样，手机终端的gps线极化天线在理想情况下也会存在3db的损失。这种损失在信号强度比较好的地方能够接受，但是在某些特殊环境下，如地下停车场等环境，此时的gps信号则不能实现定位。

技术实现要素：

本发明提供了一种gps天线的极化可重构方法及极化可重构的gps天线，用以解决现有技术中由于线极化的gps天线在接收gps信号时产生3db的损耗，而导致的gps天线在信号差的地方不能很好进行gps定位的问题。

一方面，本发明提供一种gps天线的极化可重构方法，包括：

对微带天线接收的gps信号进行监测；

当接收的gps信号低于预设的信号阈值时，触发超表面改变所述微带天线的极化方式，使所述微带天线转为圆极化的辐射方式；

当接收的gps信号高于预设的信号阈值时，触发所述超表面改变所述微带天线的极化方式，使所述微带天线转为线极化的辐射方式；

其中，所述超表面转动连接于所述微带天线。

优选地，所述微带天线为微带缝隙天线。

优选地，所述超表面包括贴片，以及设置在所述贴片上的多个叶片单元，所述叶片单元在所述贴片上按预定排列规则周期排布，所述贴片与所述微带天线可动连接。

优选地，所述贴片的形状和大小与所述微带天线的形状和大小相同。

优选地，所述叶片单元的对角线距离l1为25-30mm，倒角半径r为12-16mm，两个所述叶片单元的中心距离e为18-22mm。

优选地，所述叶片单元的对角线距离l1为26.17mm，倒角半径r为14.5mm，两个所述叶片单元的中心距离e为19.5mm。

另一方面，本发明还提供了一种gps天线的极化可重构装置，设置在终端中，包括：监测部，微带天线以及转动连接于所述微带天线的超表面；

所述监测部，用于对所述微带天线接收的gps信号进行监测，当接收的gps信号低于预设的信号阈值时，触发所述超表面改变所述微带天线的极化方式，使所述微带天线转为圆极化的辐射方式，当接收的gps信号高于预设的信号阈值时，触发所述超表面改变所述微带天线极化方式，使所述微带天线转为线极化的辐射方式；

所述超表面，用于在所述监测部的触发下，改变所述微带天线的极化方式。

优选地，所述微带天线为微带缝隙天线。

优选地，所述超表面包括贴片，以及设置在所述贴片上的多个叶片单元，所述叶片单元在所述贴片上按预定排列规则周期排布，所述贴片与所述微带天线可动连接。

优选地，所述叶片单元的对角线距离l1为25-30mm，倒角半径r为12-16mm，两个所述叶片单元的中心距离e为18-22mm。

优选地，所述叶片单元的对角线距离l1为26.17mm，倒角半径r为14.5mm，两个所述叶片单元的中心距离e为19.5mm。

再一方面，本发明还提供了一种gps天线，该gps天线包括上述任意一种所述的装置。

本发明有益效果如下：

本发明在微带天线上设置超表面，并通过超表面来改变微带天线的极化方式，即在gps信号弱时，将微带天线转换为圆极化，提高了gps天线接收信号的能力，从而有效解决了现有技术中由于线极化的gps天线在接收gps信号时产生3db的损耗，而导致的gps天线在信号差的地方不能很好进行gps定位的问题。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1是本发明实施例一种gps天线的极化可重构方法的流程示意图；

图2是本发明实施例微带天线的结构示意图；

图3是本发明实施例gps天线的组合示意图；

图4是本发明实施例的超表面的结构示意图；

图5是本发明实施例的超表面的叶片单元的结构示意图；

图6是本发明实施例的极化可重构的gps天线左旋圆极化的阻抗特性曲线示意图；

图7是本发明实施例的极化可重构的gps天线线极化的阻抗特性曲线示意图；

图8是本发明实施例的极化可重构的gps天线线极化的辐射方向示意图；

图9是本发明实施例的极化可重构的gps天线圆极化的辐射方向示意图；

图10是本发明实施例一种gps天线的极化可重构装置的结构示意图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

为了解决现有技术中的gps天线在信号差的地方不能很好进行gps定位的问题，本发明提供了一种gps天线的极化可重构方法、装置及gps天线，以下结合附图以及几个实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不限定本发明。

方法实施例

本发明实施例提供了一种gps天线的极化可重构方法，参见图1，该方法包括：

s101、对微带天线接收的gps信号进行监测，当接收的gps信号低于预设的信号阈值时，进入步骤s102，否则进入s103；

s102、触发超表面5改变所述微带天线的极化方式，使所述微带天线转为圆极化的辐射方式；

s103、触发所述超表面5改变所述微带天线的极化方式，使所述微带天线转为线极化的辐射方式。

其中，所述超表面5转动连接于所述微带天线。

本发明通过超表面5来改变微带天线的极化方式，使微带天线能够实现圆极化和线极化之间的极化可重构，即在gps信号弱时，将微带天线转换为圆极化，以提高gps天线接收信号的能力，在gps信号强时，将微带天线转换为线 极化，以提高gps天线接收信号的带宽。

也就是说，通过本发明的方法能够使微带天线实现圆极化和线极化之间的极化可重构，从而有效克服了由于线极化gps天线在接收信号时产生3db的损耗而导致的gps天线在信号较弱的地方无法准确定位的问题，

需要说明的是，本发明实施例所述的预设的信号阈值是根据实际需要而设定的一个值，具体实施时，本领域的技术人员可以根据实际需要设置该阈值，当然用户也可以根据实际情况而进行更改该信号阈值的大小，以使gps天线能够更好的满足用户的需要。

具体实现原理是，本发明通过旋转超表面5，使得超表面5改变微带天线上正交的电磁能量的相位偏移量，当电磁能量的两个分量的相位偏移达到90°，则实现微带天线的圆极化，当两个分量经历相同的路径，即两个分量不存在相位差，则实现微带天线的线极化。

本发明所述的微带天线为微带缝隙天线，图2是本发明的微带天线的结构示意图，如图2所示，本发明实施例所述的微带缝隙天线包括设置在介质板1中心上的过孔2，通过该过孔2利用同轴线给带条3馈电，为了调节天线的匹配，在介质板1的地板一侧开一条缝隙4。通过调节缝隙4的位置和大小能够使天线达到良好的匹配。缝隙4的宽度为sw，缝隙4的长度为sl，带条3的宽度为fw，带条3的长度为fl，带条3沿其长度方向上超过过孔2圆心的距离为p，带条3沿其长度方向上超过缝隙4的长度为fy，表1是本发明实施例的微带缝隙天线的各个部件之间的尺寸，通过该尺寸可以使本发明的微带缝隙天线达到良好的匹配。

表1微带天线尺寸(mm)

需要说明的是，本发明实施例所述的带条3设置在微带缝隙天线的上表面，而缝隙4设置在微带缝隙天线的下表面；

或者也可以说，本发明实施例在微带缝隙天线的覆铜的表面上设置缝隙4， 并在相对的另一表面上设置带条3，具体如图3所示，需要说明的是，缝隙4所在的面是微带天线的覆铜面。

并且，本发明实施例在微带天线上面设置超表面5，超表面5具体如图3中的标号5所示，本发明实施例是将超表面5设置在设有带条一侧的微带天线上，为了防止有源器件对整个gps天线的电磁干扰，本发明是通过机械连接的方式将超表面5可转动连接在微带天线上的，具体的连接方式可以是通过在超表面5的中心设置中心轴，并通过中心轴进行轴连接，等等。

具体实施时，本发明是通过设置一个中心轴，由该中心轴将微带天线与超表面5进行连接，并通过该中心轴的转动使超表面5能够改变与微带天线之间的位置关系，从而实现改变微带天线的极化方式的目的。

需要说明的是，上述的中心轴的连接方式，仅仅是本发明的一个具体的实现连接的例子，本领域的技术人员可以根据具体的需要来设置其他的连接方式来实现微带天线与超表面5的连接，并实现对超表面5位置的改变，例如，通过在超表面5的外围设置一个卡圈，通过卡圈来固定超表面5，以及调整超表面5的位置。

图4是本发明实施例的超表面的结构示意图，如图4所示，本发明实施例所述的超表面5包括贴片51，以及设置在所述贴片51上的多个叶片单元52，所述叶片单元52在所述贴片51上按预定排列规则周期排布，即，将叶片单元52在所述贴片51上按照预定的规则进行排列，例如，沿叶片单元52的长径将其一个挨一个排列，并将一列一列叶片单元52紧密平行排列，需要说明的是，各个叶片单元52之间互相并不接触，当然，本领域的技术人员也可以根据需要将叶片单元52设置为其他的排列规则，只要转动贴片能够使改变微带天线的极化方式即可。

所述贴片51与所述微带天线可动连接。本发明的所述贴片51的形状和大小与所述微带天线的形状和大小相同。本发明实施例的贴片51正面覆盖这种叶片金属周期结构，贴片51背面不覆盖任何金属材质。由图4可知，本发明的叶 片单元52在贴片51上周期排布，排布组成和微带天线大小相同的圆形贴片51，需要说明的是，本发明所述的该叶片单元52为金属。

图5是本发明实施例的超表面5的叶片单元52的结构示意图，如图5所示，本发明实施例中的叶片单元52为树叶形状，并沿对角线两边对称设置。由于倒角的大小会影响天线的圆极化时候的轴比大小，而叶片单元52之间的间隔和叶片单元52本身的大小会对整个天线的工作频段造成直接的影响，所以本发明设计叶片结构的对角线距离l1为25-30mm，倒角半径r为12-16mm，两个所述叶片单元52的中心距离e为18-22mm。

具体实施时，本发明通过将叶片单元52的对角线距离l1为26.17mm，倒角半径r为14.5mm，两个所述叶片单元52的中心距离e为19.5mm。

具体来说，本发明实施例是将超表面5紧密覆盖在微带天线的上方。当超表面5沿着其自身的圆心旋转的时候，超表面5和微带天线的相对位置会发生变化。这种相对位置的变化会引起微带天线的极化方式发生变化。按照图4所示的旋转角度。微带天线能够分别实现左旋圆极化，线极化，右旋圆极化之间的极化可重构。即，当叶片单元52的长轴和短轴与微带天线的缝隙4平行(或者也可以说是与缝隙4重合)时，则可实现线极化，即当图4中的b轴和d轴与微带天线的缝隙4平行时，可实现线极化，当c轴与微带天线的缝隙4平行时，可实现左旋圆极化，当a轴与微带天线的缝隙4平行时，可实现右旋圆极化。具体实现原理是：通过旋转超表面5，使得超表面5上的叶片单元52改变微带天线的上正交的电磁能量的两个分量的相位偏移量，当电磁能量的两个分量的相位偏移达到90°，则实现微带天线的圆极化；当两个分量经历相同的路径，即两个分量不存在相位差，则实现微带天线的线极化。

具体应用时，当监测到接收的gps信号低于预设的信号阈值时，使超表面5中的叶片单元52的对角线与带条3呈45度夹角或者135度夹角，即实现微带天线的左旋圆极化或者右旋圆极化，以提高gps天线接收信号的能力，而当gps信号高于预设的信号阈值时，使超表面5中的叶片单元52的对角线与带条3平 行或者垂直，即使微带天线线极化，以提高gps天线接收信号的带宽。

图6是本发明实施例的极化可重构的gps天线左旋圆极化的阻抗特性曲线示意图，如图6可知，本发明的gps天线的损耗s11小于-8db的频带达到了1ghz，而目前本领域仅要求手机天线的s11＜-5db，可见本发明的天线在高频段能够很好的满足匹配要求。

图7是本发明实施例的极化可重构的gps天线线极化的阻抗特性曲线示意图，如图7所示，在高频段，阻抗s11＜-5db的带宽也达到了0.8ghz，并且谐振深度更深。可见本发明的极化可重构天线实现线极化时候的阻抗特性更加理想，匹配更理想。

如果再将上面的超表面5旋转45°，则能够实现右旋圆极化辐射。由于本发明提出的天线结构和超表面5结构具有很好的对称性。所以左旋圆极化和右旋圆极化的阻抗特性是完全一致的，因此在此不再详细进行赘述。

图8是本发明实施例的极化可重构的gps天线线极化的辐射方向示意图，图9是本发明实施例的极化可重构的gps天线圆极化的辐射方向示意图，从图8和图9中可看出，本发明的天线在圆极化和线极化时候的辐射方向图的增益都很高，达到了7db以上。

从以上几个角度分析可知，此种基于超表面5的可重构微带天线在实现圆极化和线极化的转变过程中能够实现很高的带宽。同时辐射增益很大。更为重要的一点是此种极化可重构的实现并不引入有源器件，这样也就不会对系统中其他的电路部分造成电磁干扰，从而简化了电磁兼容方面的工作。

装置实施例

本发明实施例提供了一种gps天线的极化可重构装置，参见图10，该装置包括监测部，微带天线以及转动连接于所述微带天线的超表面5；

所述监测部，用于对所述微带天线接收的gps信号进行监测，当接收的gps信号低于预设的信号阈值时，触发所述超表面5改变所述微带天线的极化方式， 使所述微带天线转为圆极化的辐射方式，当接收的gps信号高于预设的信号阈值时，触发所述超表面5改变所述微带天线的极化方式，使所述微带天线转为线极化的辐射方式；

所述超表面5，用于在所述监测部的触发下，改变所述微带天线的极化方式。

本发明通过超表面5来改变微带天线的极化方式，使微带天线能够实现圆极化和线极化之间的极化可重构，即在gps信号弱时，将微带天线转换为圆极化，以提高gps天线接收信号的能力，在gps信号强时，将微带天线转换为线极化，以提高gps天线接收信号的带宽。

也就是说，通过本发明的方法能够使微带天线实现圆极化和线极化之间的极化可重构，从而有效克服了由于线极化gps天线在接收信号时产生3db的损耗而导致的gps天线在信号较弱的地方无法准确定位的问题，

需要说明的是，本发明实施例所述的预设的信号阈值是根据实际需要而设定的一个值，具体实施时，本领域的技术人员可以根据实际需要设置该阈值，当然用户也可以根据实际情况而进行更改该信号阈值的大小，以使gps天线能够更好的满足用户的需要。

具体实现原理是，本发明通过旋转超表面5，使得超表面5改变微带天线上正交的电磁能量的相位偏移量，当电磁能量的两个分量的相位偏移达到90°，则实现微带天线的圆极化，当两个分量经历相同的路径，即两个分量不存在相位差，则实现微带天线的线极化。

本发明所述的微带天线为微带缝隙天线，图2是本发明的微带天线的结构示意图，如图2所示，本发明实施例所述的微带缝隙天线包括设置在介质板1中心上的过孔2，通过该过孔2利用同轴线给带条3馈电，为了调节天线的匹配，在介质板1的地板一侧开一条缝隙4。通过调节缝隙4的位置和大小能够使天线达到良好的匹配。表1是本发明实施例的微带缝隙天线的具体尺寸，如表1所示，通过该尺寸的配合，可得到良好匹配性能的微带缝隙天线。

表1微带天线尺寸(mm)

图4是本发明实施例的超表面的结构示意图，如图4所示，本发明实施例所述的超表面5包括贴片51，以及设置在所述贴片上的多个叶片单元52，所述叶片单元52在所述贴片51上按预定排列规则进行周期排布，所述贴片51与所述微带天线可动连接。本发明的所述贴片的形状和大小与所述微带天线的形状和大小相同。本发明实施例的贴片51正面覆盖这种叶片金属周期结构，贴片51背面不覆盖任何金属材质。由图4可知，本发明的叶片单元52在贴片51上周期排布，排布组成和微带天线大小相同的圆形贴片51，需要说明的是，本发明所述的该叶片单元52为金属。

图5是本发明实施例的超表面5的叶片单元52的结构示意图，如图5所示，本发明实施例中的叶片单元52为树叶形状，并沿对角线两边对称设置。由于倒角的大小会影响天线的圆极化时候的轴比大小，而叶片单元52之间的间隔和叶片单元52本身的大小会对整个天线的工作频段造成直接的影响，所以本发明设计叶片结构的对角线距离l1为25-30mm，倒角半径r为12-16mm，两个所述叶片单元52的中心距离e为18-22mm。

具体实施时，本发明通过将叶片单元52的对角线距离l1为26.17mm，倒角半径r为14.5mm，两个所述叶片单元52的中心距离e为19.5mm。

具体来说，本发明实施例的微带天线是将超表面5紧密覆盖在微带天线的上方。当超表面沿着超表面5的圆心旋转的时候，超表面5和微带天线的相对位置会发生变化。这种相对位置的变化会引起微带天线的极化方式发生变化。按照图4所示的旋转角度。下层微带天线能够分别实现左旋圆极化，线极化，右旋圆极化之间的极化可重构。具体实现原理是：通过旋转超表面5，使得超表面5上的叶片单元52改变微带天线的上正交的电磁能量的两个分量的相位偏移量，当电磁能量的两个分量的相位偏移达到90°，则实现微带天线的圆极化；当两个分量经历相同的路径，即两个分量不存在相位差，则实现微带天线的线 极化。

本发明装置实施例的相关部分可参照方法实施例部分进行理解，在此不再赘述。

终端实施例

本发明实施例提供了一种gps天线，该gps天线包括装置实施例中所述的任意一种装置，本发明实施例所述的gps天线可以应用到手机等各种具有gps定位功能的终端上。

本发明实施例中的相关内容可参照装置实施例和方法实施例部分进行理解，在此不再赘述。

本发明至少能够带来以下的有益效果：

本发明在微带天线上设置超表面，并通过超表面来改变微带天线的极化方式，即在gps信号弱时，将微带天线转换为圆极化，提高了gps天线接收信号的能力，从而有效解决了现有技术中由于线极化的gps天线在接收gps信号时产生3db的损耗，而导致的gps天线在信号差的地方不能很好进行gps定位的问题。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。