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CN106961006B - 一种双频双模小型化手持机天线 - Google Patents

一种双频双模小型化手持机天线 Download PDF

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Abstract

本发明提出了一种双频双模小型化手持机天线，用于解决现有小型手持机天线因工作频段及模式单一导致的其使用范围窄的技术问题，包括第一频段天线单元、第二频段天线单元和馈电单元，第一频段天线单元包括第一辐射体和设置在该第一辐射体底部的多端口网络，可产生圆极化，第二频段天线单元采用单极天线形式或偶极天线形式，可产生线极化，其中多端口网络的输入端口与第一同轴线连接，该第一同轴线下端设置的扼流圈可用于减小第一频段天线单元和第二频段天线单元之间的耦合，该扼流圈和第三同轴线连接实现了第二频段天线单元的阻抗匹配，馈电单元采用双通道射频连接器。本发明可实现双频段双模工作特性，可用于移动卫星通信和地面移动通信。

Description

一种双频双模小型化手持机天线
技术领域
本发明属于天线技术领域，涉及一种小型化手持机天线，尤其涉及一种双频双模小型化手持机天线，可用于手持型或平板型通信终端。
背景技术
天线是无线电设备中用来发射或接收电磁波的部件，其基本功能是将由发射机送来的高频电流能量转变为无线电波并传送到空间，在接收端则将空间传来的无线电波能量转化为向接收机传送的高频电流能量，从而在任意两点实现电磁信号的传递。
在移动卫星通信地球站和卫星导航设备中，要求天线具有宽波束、圆极化特性，以便在运动中保持卫星在天线波束的覆盖范围内。同时，天线必须有宽频带工作特性，以便收、发共用一付天线。四臂螺旋及多臂螺旋天线可实现宽波束和圆极化，因此被广泛用于移动卫星通信。但由于其是谐振天线，带宽较窄且体积大。
为了实现天线宽频带和小型化特性，技术工作者从多面进行了研究。例如授权公告号为CN204760536U、名称为“小型化移动卫星通信手持终端天线”的中国专利，公开了一种小型化手持机天线，包括空心圆柱结构、四组螺旋臂和圆极化馈电部件，每组螺旋臂镭雕在空心圆柱结构的外表面，长螺旋臂延伸至空心圆柱结构的顶端。虽然它较好的解决了现有移动卫星通信手持机天线结构尺寸大、工作带宽窄的问题。但对现有的小型化手持机天线，往往希望其既可产生圆极化，用于移动卫星通信，又可产生线极化，用于地面移动通信，当然可以采用两付天线，但这将会造成手持设备复杂度提高，携带不便。因此工作频段和模式单一，导致的其使用范围窄，成为现有小型手持机天线的的主要缺点。
发明内容
本发明目的在于克服现有技术的不足，提出了一种双频双模小型化手持机天线，用于解决现有小型化手持机天线因工作频段及模式单一导致的其使用范围窄的技术问题。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案：
一种双频双模小型化手持机天线，包括第一频段天线单元、第二频段天线单元和馈电单元，所述第一频段天线单元，包括第一辐射体2和设置在该第一辐射体2底部的多端口网络3，其中第一辐射体2包括圆筒状介质基板和印制在圆筒状介质基板外表面的多组螺旋贴片，每组螺旋贴片由多条底部相连的平行贴片组成，连接处形成馈电点，每个馈电点与所述多端口网络3对应的输出端口相连；所述第二频段天线单元采用单极天线形式，包括第一辐射体2和第二辐射体4，所述第二辐射体4采用上沿设置有多个尖端的筒状结构，每个尖端与一组螺旋贴片的馈电点相连；所述多端口网络3的输入端口连接有第一同轴馈线5，所述第一同轴馈线5的外导体与第二辐射体4底端相连，该第一同轴馈线5下端设置有扼流圈，用于增加第一频段天线单元和第二频段天线单元之间的隔离度；所述馈电单元8采用双通道射频连接器，其一个输出端和第一同轴馈线5相连，另一个输出端连接有第二同轴馈线7，该第二同轴线7的上端内导体和扼流圈的上端外导体连接；所述扼流圈外侧设置有第三同轴线6，该第三同轴线6的下端内导体与扼流圈的下端外导体相连，上端外导体与扼流圈的上端外导体相连，用于实现第二频段天线单元的阻抗匹配；所述第一频段天线单元和第二频段天线单元通过第一天线罩1封闭。
一种双频双模小型化手持机天线，包括第一频段天线单元、第二频段天线单元和馈电单元，所述第一频段天线单元，包括第一辐射体2和设置在该第一辐射体2底部的多端口网络3，其中第一辐射体2包括圆筒状介质基板和印制在圆筒状介质基板外表面的多组螺旋贴片，每组螺旋贴片由多条底部相连的平行贴片组成，连接处形成馈电点，每个馈电点与所述多端口网络3对应的输出端口相连；所述第二频段天线单元采用偶极天线形式，包括第一辐射体2、第二辐射体4和第三辐射体10，所述第二辐射体4采用上沿设置有多个尖端的筒状结构，每个尖端与一组螺旋贴片的馈电点相连，所述第三辐射体10包括两端连接有金属部件的鹅颈；所述多端口网络3的输入端口连接有第一同轴馈线5，所述第一同轴馈线5的外导体与第二辐射体4底端相连，该第一同轴馈线5下端设置有扼流圈，用于增加第一频段天线单元和第二频段天线单元之间的隔离度，所述扼流圈的下端外导体和第三辐射体10的上端金属部件相连；所述馈电单元8采用双通道射频连接器，其一个输出端连接有第四同轴馈线9，另一个输出端与第二同轴馈线7连接，所述第四同轴线9上端和第一同轴线5相连，下端与第二同轴线7下端一起让绕制成双线扼流圈，所述第二同轴线7的上端内导体和第一同轴线5下端设置的扼流圈的上端外导体连接，上端外导体和第三辐射体10的上端金属部件相连；所述第一同轴线5下端设置的扼流圈外侧设置有第三同轴线6，该第三同轴线6的下端内导体与该扼流圈的下端外导体连接，上端外导体与该扼流圈的上端外导体连接；所述第一频段天线单元和第二辐射体4通过第一天线罩1封闭，所述双线扼流圈通过第二天线罩11封闭。
上述的一种双频双模小型化手持机天线，所述第一辐射体2,其印制在圆筒状介质基板外表面的多组螺旋贴片的数量为四组，四组螺旋贴片的绕向采用左旋或右旋。
上述的一种双频双模小型化手持机天线，所述多端口网络3，其输入端口数量为一个，输出端口数量为四个。
上述的一种双频双模小型化手持机天线，所述圆筒状介质基板，采用薄的柔性材料。
上述的一种双频双模小型化手持机天线，所述第二辐射体4,采用良性导电材料，其上沿设置的尖端的数量为四个。
上述的一种双频双模小型化手持机天线，所述第一天线罩1，采用绝缘材料。
上述的一种双频双模小型化手持机天线，所述第二天线罩11，采用绝缘材料。
本发明与现有技术相比，具有如下优点：
1.本发明由于第一频段天线单元的辐射体又作为第二频段天线单元的一部分，从而使第二频段天线单元的尺寸减小，实现了手持机天线的小型化。
2.本发明由于第一频段天线单元包括第一辐射体和设置在该第一辐射体底部的多端口网络，可产生圆极化，第二频段天线单元采用单极天线形式或偶极天线形式，可产生线极化，从而实现了双频段双模工作特性，既可用于移动卫星通信又可用于地面移动通信，与现有小型手持机天线相比，扩大了应用范围。
3.本发明由于第一同轴线下端设置有扼流圈，该扼流圈一方面有效增加了第一频段天线单元和第二频段天线单元的隔离度，另一方面和第三同轴线连接实现了第二频段天线单元的阻抗匹配。
附图说明
图1为本发明第一实施例的整体结构示意图；
图2为本发明第二辐射体与第一同轴线的结构关系示意图；
图3为本发明第二实施例的整体结构示意图；
图4为本发明第一实施例的天线驻波比实验结果图；
图5为本发明第一实施例在1980Mhz-2200Mhz频段各频点实测方向图；
图6为本发明第一实施例在400Mhz-678Mhz频段各频点实测方向图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例，对本发明进行进一步说明：
实施例1，本实施例的第二频段天线单元采用单极天线形式。
参照图1，一种双频双模小型化手持机天线包括第一频段天线单元、第二频段天线单元和馈电单元，第一频段天线单元，包括第一辐射体2和设置在该第一辐射体2底部的多端口网络3，其中第一辐射体2包括圆筒状介质基板和印制在圆筒状介质基板外表面的四组螺旋贴片，圆筒状介质基板采用0.14mm的FPC曲卷而成，高度为82mm，直径为13mm，四组螺旋贴片采用金属贴片，每组螺旋贴片包括一条长螺旋贴片和短螺旋贴片，升角为60°，长度分别为94mm与83mm，长螺旋贴片和短螺旋贴片依次间隔，等间距平行排列，自下而上以右旋环绕方式印制在FPC介质板的外表面，且其底部相连，形成馈电点，多端口网络3集成有圆极化形成网络和阻抗匹配电路，共有一个输入端口和四个输出端口，输出端口之间两两相差90°，分别对应连接每组螺旋贴片的馈电点，输入端口与第一同轴馈线5馈电连接，从而使第一频段天线单元产生圆极化，第一同轴馈线5采用直径3mm半钢线，上端为直线段，下端设置有圈数为四圈的扼流圈，该扼流圈可增加第一频段天线单元和第二频段天线单元之间的隔离度；第二频段天线单元包括第一辐射体2和第二辐射体4，第二辐射体4，采用四爪型结构，上端的四个爪尖分别和四组螺旋贴片的馈电点连接，下端与第一同轴线5的外导体相连，从而使第一频段天线单元形成单极天线形式，产生线极化；馈电单元8采用双通道射频接头，高度17mm，其一个输出端和第一同轴线5连接，另一个输出端和第二同轴线7连接，该第二同轴线7采用半柔同轴线，其上端内导体和扼流圈的上端外导体相连，在扼流圈的外侧设置有第三同轴线6，该第三同轴线6作为开路支节，采用半柔同轴线，其上端外导体和扼流圈上端外导体连接，下端内导体和扼流圈下端外导体连接，一起实现了第二频段天线单元的阻抗匹配；第一天线罩1采用绝缘塑胶材料，高度为157mm，对第一频段天线单元和第二频段天线单元进行封闭。
本实施例天线既可工作在S频段(1980Mhz-2200Mhz)，又可工作在U频段(400Mhz-678Mhz)。
参照图2，一种双频双模小型化宽带手持机天线，第二辐射体4采用厚度为0.02mm铜皮制成，高度为36mm，底端为中心开孔的矩形，以便第一同轴线5穿过。
实施例2，本实施例的第二频段天线单元采用偶极天线形式。
参照图3，本实施例的基本结构和实施例1相同，主要区别在于第二频段天线单元结构和各部件之间的连接方式，本实施例第二频段天线单元包括第一辐射体2，第二辐射体4及第三辐射体10，第三辐射体10包括两端连接有金属铜部件的鹅颈，其为良性导电材料，总长度为120mm，通过鹅颈的弯折可改变辐射体的俯仰角，进而实现全方位通信，该第三辐射体10上端金属铜部件作为连接件和第一天线罩1固定，下端金属铜部件作为连接件和采用绝缘塑胶材料的第二天线罩11固定，第二同轴线7采用半柔同轴线，上端内导体和第一同轴线5下端设置的扼流圈的上端外导体连接，上端外导体和第三辐射体10上端金属铜部件连接，从而使第二频段天线单元形成偶极天线形式，第一辐射体2和第二辐射体4连接作为偶极子一臂，第三辐射体10形成偶极子另一臂，通过第二同轴线7馈电，产生线极化，第四同轴线9采用半柔同轴线，上端与第一同轴线5连接，下端和第二同轴线7下端一起绕制成双线扼流圈，圈数为七圈，用于第二频段天线单元的平衡馈电；馈电单元8采用双通道射频连接器，其输出端分别和第二同轴线7和第四同轴线9连接。
以下结合实验数据，对本发明的技术效果作进一步说明。
参照图4，图4(a)和图4(b)为本发明第一实施例分别在U频段和S频段天线驻波比实验结果图，横坐标为频率，纵坐标为驻波比，从图4(a)可以看到本发明实施例在U频段范围内驻波比均在2.5以下，满足手持型地面移动通信系统对天线驻波比的要求。从图4(b)可以看到本发明实施例在S频段范围内驻波比均在2以下，满足手持型移动卫星通信系统对天线驻波比的要求。
参照图5，图5(a)和图5(b)为本发明第一实施例在U频段各频点分别实测的H面和E面辐射方向图，从图5(a)和图5(b)可以看出本发明实施例在U频段具有较为良好的全向辐射特性，可满足手持型地面移动通信系统对天线辐射方向图的要求。
参照图6，图6(a)和图6(b)为本发明第一实施例在S频段各频点分别实测的xoz面和yoz面辐射方向图，从图6(a)和图6(b)可以看出本发明在S频段内具有较为良好的宽波束、定向辐射特性，可满足手持型移动卫星通信系统对天线辐射方向图的要求。
以上描述仅是本发明的具体实例，显然对于本领域的专业人员来说，在了解了本发明的内容和原理后，都可能在不背离本发明原理、结构的情况下，进行形式和细节上的各种修正和改变，但是这些基于本的修正和改变仍在本发明权利要求范围之内。

Claims (8)

1.一种双频双模小型化手持机天线，其特征在于，包括第一频段天线单元、第二频段天线单元和馈电单元，所述第一频段天线单元，包括第一辐射体(2)和设置在该第一辐射体(2)底部的多端口网络(3)，其中第一辐射体(2)包括圆筒状介质基板和印制在圆筒状介质基板外表面的多组螺旋贴片，每组螺旋贴片由多条底部相连的平行贴片组成，连接处形成馈电点，每个馈电点与所述多端口网络(3)对应的输出端口相连；所述第二频段天线单元采用单极天线形式，包括第一辐射体(2)和第二辐射体(4)，所述第二辐射体(4)采用上沿设置有多个尖端的筒状结构，每个尖端与一组螺旋贴片的馈电点相连；所述多端口网络(3)的输入端口连接有第一同轴馈线(5)，所述第一同轴馈线(5)的外导体与第二辐射体(4)底端相连，该第一同轴馈线(5)下端设置有扼流圈，用于增加第一频段天线单元和第二频段天线单元之间的隔离度；所述馈电单元(8)采用双通道射频连接器，其一个输出端和第一同轴馈线(5)相连，另一个输出端连接有第二同轴馈线(7)，该第二同轴馈线(7)的上端内导体和扼流圈的上端外导体连接；所述扼流圈外侧设置有第三同轴馈线(6)，该第三同轴馈线(6)的下端内导体与扼流圈的下端外导体相连，上端外导体与扼流圈的上端外导体相连，用于实现第二频段天线单元的阻抗匹配；所述第一频段天线单元和第二频段天线单元通过第一天线罩(1)封闭。
2.一种双频双模小型化手持机天线，其特征在于，包括第一频段天线单元、第二频段天线单元和馈电单元，所述第一频段天线单元，包括第一辐射体(2)和设置在该第一辐射体(2)底部的多端口网络(3)，其中第一辐射体(2)包括圆筒状介质基板和印制在圆筒状介质基板外表面的多组螺旋贴片，每组螺旋贴片由多条底部相连的平行贴片组成，连接处形成馈电点，每个馈电点与所述多端口网络(3)对应的输出端口相连；所述第二频段天线单元采用偶极天线形式，包括第一辐射体(2)、第二辐射体(4)和第三辐射体(10)，所述第二辐射体(4)采用上沿设置有多个尖端的筒状结构，每个尖端与一组螺旋贴片的馈电点相连，所述第三辐射体(10)包括两端连接有金属部件的鹅颈；所述多端口网络(3)的输入端口连接有第一同轴馈线(5)，所述第一同轴馈线(5)的外导体与第二辐射体(4)底端相连，该第一同轴馈线(5)下端设置有扼流圈，用于增加第一频段天线单元和第二频段天线单元之间的隔离度，所述扼流圈的下端外导体和第三辐射体(10)的上端金属部件相连；所述馈电单元(8)采用双通道射频连接器，其一个输出端连接有第四同轴馈线(9)，另一个输出端与第二同轴馈线(7)连接，所述第四同轴馈线(9)上端和第一同轴馈线(5)相连，下端与该第二同轴馈线(7)下端一起让绕制成双线扼流圈，所述该第二同轴馈线(7)的上端内导体和第一同轴馈线(5)下端设置的扼流圈的上端外导体连接，上端外导体和第三辐射体(10)的上端金属部件相连；所述第一同轴馈线(5)下端设置的扼流圈外侧设置有第三同轴馈线(6)，该第三同轴馈线(6)的下端内导体与该扼流圈的下端外导体连接，上端外导体与该扼流圈的上端外导体连接；所述第一频段天线单元和第二辐射体(4)通过第一天线罩(1)封闭，所述双线扼流圈通过第二天线罩(11)封闭。
3.根据权利要求1或2所述的一种双频双模小型化手持机天线，其特征在于，所述第一辐射体(2),其印制在圆筒状介质基板外表面的多组螺旋贴片的数量为四组，四组螺旋贴片的绕向采用左旋或右旋。
4.根据权利要求1或2所述的一种双频双模小型化手持机天线，其特征在于，所述多端口网络(3)，其输入端口数量为一个，输出端口数量为四个。
5.根据权利要求1或2所述的一种双频双模小型化手持机天线，其特征在于，所述圆筒状介质基板，采用柔性材料。
6.根据权利要求1或2所述的一种双频双模小型化手持机天线，其特征在于，所述第二辐射体(4),采用良性导电材料，其上沿设置的尖端的数量为四个。
7.根据权利要求1或2所述的一种双频双模小型化手持机天线，其特征在于，所述第一天线罩(1)，采用绝缘材料。
8.根据权利要求2所述的一种双频双模小型化手持机天线，其特征在于，所述第二天线罩(11)，采用绝缘材料。
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