小型化可调谐GPS天线装置及其生产工艺的制作方法

本发明涉及天线领域，特别是涉及小型化可调谐GPS天线装置及其生产工艺。

背景技术：

GPS就是通过接受卫星信号，进行定位或者导航的终端，而接收信号就必须用到天线。GPS卫星信号分为L1和L2，频率分别为1575.42MHZ和1228MHZ，其中L1为开放的民用信号，信号为圆形极化。信号强度为-166dBm左右，属于比较弱的信号。这些特点决定了要为GPS信号的接受准备专门的天线，即GPS天线。

早期GPS天线主要是各种螺旋天线，这种天线的尺寸比较大。后来随着陶瓷烧结技术慢慢发展成熟，GPS天线以各种尺寸的介质陶瓷天线为主。介质陶瓷天线的主要工艺流程是首先将陶瓷粉末和一定比例的树脂冲压成一定形状，经过1000多度高温烧结形成陶瓷本体，最后在陶瓷本体上面印刷相应的金属图案形成天线。

上述技术存在两个不足之处，一方面，为了能够减小天线的尺寸，目前常用的方法是采用高介电常数陶瓷材料加载。介质陶瓷天线的主要工艺流程是首先将陶瓷粉末和一定比例的树脂冲压成一定形状，经过1000多度高温烧结形成陶瓷本体，然后在陶瓷本体上面印刷相应的金属图案，最后再进行烧结形成天线，通常此类天线还需要焊接金属探针用于加电。根据不同使用环境还需要人工调整金属图案，以获得最佳性能。总之此类天线的工艺非常复杂，要经过很多流程，且需要人工组装调试，成本较高。天线是一种对周围安装环境敏感的器件，介质陶瓷天线在实际使用中，需要微调图案的尺寸来进行调谐，一般这种情况需要人工用钻头去研磨图案，既浪费时间又增加成本，导致调谐效率低、人工成本高、不适用于大规模生产。第二方面，整体体积较大，不利于天线的小型化发展。

技术实现要素：

为解决上述问题，本发明提供一种结构简单、体积小巧、调谐方便、生产工艺简单、适用于大规模生产的小型化可调谐GPS天线装置及其生产工艺。

本发明所采用的技术方案是：小型化可调谐GPS天线装置，包括天线本体、电路板和调谐电容；所述天线本体包括片状的用于辐射电磁波的辐射体、垂直连接于辐射体表面用于接收电路板高频信号的至少一个天线馈电柱、垂直连接于辐射体表面用于调谐的若干个天线短路柱；所述电路板包括平行于辐射体的主体，垂直设于主体表面且与天线馈电柱连接的馈电焊盘，垂直设于主体表面且与天线短路柱连接的短路焊盘，还包括连接于短路焊盘与调谐电容之间的走线，所述调谐电容背离走线的一端接地。

对上述技术方案的进一步改进为，所述辐射体呈正方形或圆形。

对上述技术方案的进一步改进为，所述辐射体呈正方形，且天线短路柱为四个，分别位于正方形的四个顶角处。

对上述技术方案的进一步改进为，所述天线馈电柱为两个，两个天线馈电柱相对于正方形的对角线对称，且天线馈电柱在距离该天线馈电柱最近的边的投影位于该边的中点处。

对上述技术方案的进一步改进为，所述辐射体、天线短路柱和天线馈电柱一体成型，天线短路柱和天线馈电柱均由辐射体冲压形成。

小型化可调谐GPS天线装置的生产工艺，包括以下步骤，a、生产片状的辐射体，通过冲压的方式在辐射体表面一体成型天线短路柱和天线馈电柱，得到天线本体，b、取电路板，通过馈电焊盘实现电路板与天线本体的天线馈电柱的焊接，通过短路焊盘实现电路板与天线本体的天线短路柱的焊接，通过走线实现短路焊盘与调谐电容的电连接，再将调谐电容的另一端接地，得到天线装置，c、改变电路板上调谐电容的容值，对天线本体进行调谐，以获得所需的天线性能。

对上述技术方案的进一步改进为，步骤a中，所述辐射体呈正方形，天线短路柱为四个，分别位于正方形的四个顶角处，天线馈电柱为两个，两个天线馈电柱相对于正方形的对角线对称，且天线馈电柱在距离该天线馈电柱最近的边的投影位于该边的中点处。

本发明的有益效果为：

1、一方面，本发明的天线装置设有调谐电容，且调谐电容一端接地，另一端通过走线连接于短路焊盘，改变电路板上调谐电容的容值，即可实现对天线进行调谐，相对于现有技术的通过人工使用钻头去磨陶瓷天线上的金属图案，大大提高了调谐效率，调谐方式简单，人工成本低，调谐效率高，可适用于大规模生产。第二方面，由于辐射体连接有若干个天线短路柱，并通过电路板和调谐电容接地，不需依靠加载高介电常数的陶瓷材料，大大减小了天线的体积，有利于天线的小型化发展。第三方面，由于不需制造陶瓷本体、不需印刷金属图案，使得本发明的天线生产工艺大为简化，生产工艺简单，生产成本低，可取代现有的螺旋天线和介质陶瓷天线，适用范围广。

2、辐射体呈正方形或圆形，由于GPS天线为圆极化天线，正方形或圆形使得馈电信号呈正交模式，保证高频信号幅度相等，从而获得更好的轴比特性和增益，有利于提高天线的综合性能。

3、辐射体呈正方形，可保证高频信号幅度相等，从而获得更好的轴比特性和增益，且天线短路柱为四个，分别位于正方形的四个顶角处，使得天线在四个顶角处均接地，进一步减小了天线的体积，且获得的轴比特性和增益效果更好，进一步有利于提高天线的综合性能。

4、天线馈电柱为两个，相对于传统的一个天线馈电柱，采用两个天线馈电柱，且两个天线馈电柱对称设置，能形成两路高频信号，且两路高频信号呈正交模式，两个天线短路柱相对于正方形的对角线对称，天线馈电柱在距离该天线馈电柱最近的边的投影位于该边的中点处，使得两路高频信号的振幅相等，相位刚好相差90°，实现圆极化天线，获得更好的轴比特性和增益，有利于提高天线的综合性能。

5、辐射体、天线短路柱和天线馈电柱一体成型，天线短路柱和天线馈电柱均由辐射体冲压形成，相对于现有技术的首先将陶瓷粉末和一定比例的树脂冲压成一定形状，经过1000多度高温烧结形成陶瓷本体，然后在陶瓷本体上面印刷相应的金属图案，最后再进行烧结形成天线的生产工艺，大大简化了天线的生产工艺，降低了生产成本。

6、小型化可调谐GPS天线装置的生产工艺，生产工艺简单、成本低、天线调谐方便、调谐效率高，适合于大规模生产。

附图说明

图1为本发明的立体图；

图2为本发明另一视角的立体图；

图3为本发明的俯视图；

图4为本发明的侧视图；

图5为本发明的天线的等效原理图；

图6为本发明的天线频率特性随调谐电容变化示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步的说明。

如图1-图5所示，分别为本发明的不同视角立体图、俯视图、侧视图和天线的等效原理图。

小型化可调谐GPS天线装置100，包括天线本体110、电路板120和调谐电容130；所述天线本体110包括片状的用于辐射电磁波的辐射体111、垂直连接于辐射体111表面用于接收电路板120高频信号的至少一个天线馈电柱112、垂直连接于辐射体111表面用于调谐的若干个天线短路柱113；所述电路板120包括平行于辐射体111的主体121，垂直设于主体121表面且与天线馈电柱112连接的馈电焊盘122，垂直设于主体121表面且与天线短路柱113连接的短路焊盘123，还包括连接于短路焊盘123与调谐电容130之间的走线124，所述调谐电容130背离走线124的一端接地。

辐射体111呈正方形或圆形，由于GPS天线为圆极化天线，正方形或圆形使得馈电信号呈正交模式，保证高频信号幅度相等，从而获得更好的轴比特性和增益，有利于提高天线的综合性能。

辐射体111呈正方形，可保证高频信号幅度相等，从而获得更好的轴比特性和增益，且天线短路柱113为四个，分别位于正方形的四个顶角处，使得天线在四个顶角处均接地，进一步减小了天线的体积，且获得的

轴比特性和增益效果更好，进一步有利于提高天线的综合性能。

天线馈电柱113为两个，相对于传统的一个天线馈电柱113，采用两个天线馈电柱113，且两个天线馈电柱113对称设置，能形成两路高频信号，且两路高频信号呈正交模式，两个天线馈电柱113相对于正方形的对角线对称，天线馈电柱113在距离该天线馈电柱113最近的边的投影位于该边的中点处，使得两路高频信号的振幅相等，相位刚好相差90°，实现圆极化天线，获得更好的轴比特性和增益，有利于提高天线的综合性能。

辐射体111、天线短路柱113和天线馈电柱112一体成型，天线短路柱113和天线馈电柱112均由辐射体111冲压形成，相对于现有技术的首先将陶瓷粉末和一定比例的树脂冲压成一定形状，经过1000多度高温烧结形成陶瓷本体，然后在陶瓷本体上面印刷相应的金属图案，最后再进行烧结形成天线的生产工艺，大大简化了天线的生产工艺，降低了生产成本。

一方面，本发明的天线装置100设有调谐电容130，且调谐电容130一端接地，另一端通过走线124连接于短路焊盘123，改变电路板120上调谐电容130的容值，即可实现对天线进行调谐，相对于现有技术的通过人工使用钻头去磨陶瓷天线上的金属图案，大大提高了调谐效率，调谐方式简单，人工成本低，调谐效率高，可适用于大规模生产。第二方面，由于辐射体111连接有若干个天线短路柱113，并通过电路板120和调谐电容130接地，不需依靠加载高介电常数的陶瓷材料，大大减小了天线的体积，有利于天线的小型化发展。第三方面，由于不需制造陶瓷本体、不需印刷金属图案，使得本发明的天线生产工艺大为简化，生产工艺简单，生产成本低，可取得现有的螺旋天线和介质陶瓷天线，适用范围广。

小型化可调谐GPS天线装置100的生产工艺，包括以下步骤，a、生产片状的辐射体111，通过冲压的方式在辐射体111表面一体成型天线短路柱113和天线馈电柱112，得到天线本体110，b、取电路板120，通过馈电焊盘122实现电路板120与天线本体110的天线馈电柱112的焊接，通过短路焊盘123实现电路板120与天线本体110的天线短路柱113的焊接，通过走线124实现短路焊盘123与调谐电容130的电连接，再将调谐电容130的另一端接地，得到天线装置100，c、改变电路板120上调谐电容130的容值，对天线本体110进行调谐，以获得所需的天线性能。

步骤a中，所述辐射体111呈正方形，天线短路柱113为四个，分别位于正方形的四个顶角处，天线馈电柱113为两个，两个天线馈电柱112相对于正方形的对角线对称，且天线馈电柱113在距离该天线短路柱113最近的边的投影位于该边的中点处。

小型化可调谐GPS天线装置100的生产工艺，生产工艺简单、成本低、天线调谐方便、调谐效率高，适合于大规模生产。

如图6所示，为本发明的天线频率特性随调谐电容变化示意图。

采用本发明的小型化可调谐GPS天线装置100，进行调谐时，只要改变电路板120上面调谐电容130的容值，就可以方便地实现调谐功能。如图6所示，当天线调谐电容分别为0.7pF,0.8pF和0.9pF时，天线的不同频率特性，调谐过程简单、人工成本低。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本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，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。