CN101958457B - 宽频的双频天线 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及宽频的双频天线，包括通过主机的馈电点与主机相电连接的螺旋结构的内辐射体及将所述内辐射体套装于其内的螺旋结构的外辐射体，所述内辐射体包括用于产生谐振的下部的第一辐射部及上部的第二辐射部，所述第二辐射部的谐振频率高于所述第一辐射部的谐振频率，所述外辐射体的螺旋结构的高度小于所述内辐射体的总高度。本发明提供的双频天线不仅使天线在GPS频段时的天线性能更好的集中于上半球面，且使天线在UHF频段带宽较宽。
Description
技术领域
本发明涉及一种天线，更具体地说，涉及一种宽频的双频天线。
背景技术
在当今的信息化社会，人们通常都希望能随时随地方便的接收到有用的信息，所以，各种便携式无线通讯装置广泛的应用于人们的日常生活中。在无线通讯装置中，用来发射接收无线电波以传递无线电信号的天线，无疑是十分重要的元件之一。对于大量的手持终端设备，天线不仅要轻薄短小，最好还要能操作于双频，频带也要更宽。
目前，手持终端设备通常有多个频段以实现多个功能或辅助功能，如手机的全球移动通信系统GSM及数字蜂窝系统DCS所需频段(GSM+DCS)，对讲机的超高频(UHF)及全球定位系统频率(GPS)等，对应的其天线也是双频或者多频的，现有技术中的双频天线多采用双阵子结构的双频天线，如图1所示，其为现有技术中一种采用双阵子结构双频天线的结构示意图，馈点两边的部分分别是鞭天线和平面螺旋的结构以形成不同的谐振频率。
现有技术还通常采用部分谐振结构的双频天线，部分谐振结构一般是将较高的频段以不同的结构参数来设计，整个天线振子产生一种频率，高频谐振则是以参数不同的那部分螺旋来产生，如早期的手机天线，一般是将DCS频段放在线圈的底部来处理。
目前的外置双频天线大多采用部分谐振的结构来实现，采用螺旋结构来实现之，将高频谐振部分放在线圈的底部，它和另一部分共同构成较低频率的谐振。但是，针对于对讲机的外置双频天线，其为UHF+GPS频段的工作模式，现有技术中将GPS谐振部分放在螺旋的底部，形成谐振，参见图2所示，该设计对于GPS频段来说，天线的性能更多的集中于下半球面，在GPS所需要的上半球面(指向天空的部分)，性能比较差，并不适合于专业的GPS性能和专业终端设备的功能定位，且这种设计对于UHF频段来说，天线的带宽不是很宽，如果需要相同长度的宽频UHF+GPS天线(如380-430MHz)，则很难达到。其在UHF频段的带宽受到GPS频段的影响而比较窄。所以，人们需要既具有较好的GPS方向性又在超高频具有较宽的带宽的双频天线。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的双频天线不能同时在GPS所需要的上半球面上性能比较好且在超高频具有较宽的带宽的缺陷，提供一种使双频天线在GPS频段时的天线性能更好的集中于上半球面且在超高频具有较宽的带宽的双频天线。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种宽频的双频天线，其包括通过主机的馈电点与主机相电连接的螺旋结构的内辐射体及将所述内辐射体套装于其内的螺旋结构的外辐射体，所述内辐射体包括用于产生谐振的下部的第一辐射部及上部的第二辐射部，所述第二辐射部的谐振频率高于所述第一辐射部的谐振频率，所述外辐射体的螺旋结构的高度小于所述内辐射体的总高度。
在本发明所述的宽频的双频天线中，所述内辐射体的总高度为天线工作频段的一个谐振的长度。
在本发明所述的宽频的双频天线中，所述第二辐射部的螺旋结构的节距大于所述第一辐射部的螺旋结构的节距。
在本发明所述的宽频的双频天线中，所述第二辐射部的螺旋结构的节距为所述第一辐射部的螺旋结构的节距的两倍。
在本发明所述的宽频的双频天线中，所述外辐射体的螺旋结构的高度大于所述第一辐射部的高度。
在本发明所述的宽频的双频天线中，所述外辐射体具有两个或多个内直径不同的螺旋部分。
在本发明所述的宽频的双频天线中，所述外辐射体的螺旋部分中最小的内直径大于所述内辐射体的最大外直径。
实施本发明的宽频的双频天线，本发明通过在双频线圈的内辐射体外围设置另外一个可以产生谐振的辐射体结构，其在内辐射体的UHF本振频率附近产生另一个谐振频率与之相加或耦合来扩展UHF的频段，这样，天线工作于GPS及UHF两个频段，同时，内辐射体通过采用不同节距的第一辐射部及第二辐射部，使GPS谐振部分位于螺旋结构的上部，实现了天线在GPS频段时的天线性能更好的集中于上半球面，且其同时在UHF频段具有较宽的带宽。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是现有技术中一种采用双阵子结构双频天线的结构示意图；
图2是现有技术中将高频谐振置于螺旋线圈底部的部分谐振的结构示意图；
图3是本发明宽频的双频天线一实施例的结构示意图；
图4是本发明宽频的双频天线又一实施例的结构示意图；
图5是本发明宽频的双频天线一实施例中内辐射体的结构示意图；
图6是本发明宽频的双频天线一实施例中外辐射体的结构示意图；
图7是本发明宽频的双频天线又一实施例中外辐射体的结构示意图；
图8是本发明只采用内辐射体结构的双频天线在GPS频段的的回波损耗示意图；
图9是本发明宽频的双频天线一实施例中UHF频段的回波损耗示意图；
图10是本发明宽频的双频天线一实施例中GPS频段的回波损耗示意图；
图11是本发明宽频的双频天线一实施例中天线样品的频带参数的测试结果图；
图12是本发明双频天线一实施例在UHF波段辐射性能的2D图。
具体实施方式
本发明提供的宽频的双频天线通过采用内辐射体及将其进行套装的外辐射体使工作于GPS及UHF双频段的天线可以提升GPS天线的性能，使GPS的性能更多的集中于上半球面且在UHF频段带宽较宽。
参见图3至图5所示，图3是本发明宽频的双频天线一实施例的结构示意图，图4是本发明宽频的双频天线又一实施例的结构示意图；图5是本发明宽频的双频天线一实施例中内辐射体的结构示意图。本发明提供的宽频的双频天线主要是采用两个螺旋结构的辐射体，即由螺旋结构的内辐射体1及螺旋结构的外辐射体2构成，内辐射体1及外辐射体2均通过主机的馈电点与主机相电连接。内辐射体1由上部及下部两段不同的螺旋结构构成，以产生不同频率的谐振。内辐射体1的下部设置为用于产生谐振的第一辐射部11，内辐射体1的上部设置为用于产生比所述第一辐射部11谐振频率更高的谐振的第二辐射部12。外辐射体2的螺旋结构的高度小于所述内辐射体的总的高度(第一辐射部的螺旋结构的高度与第二辐射部的螺旋结构的高度的和)。
优选地，外辐射体具有两个或多个内直径不同的螺旋部分。参见图6及图7，其分别示出了外辐射体在不同实施例中的不同结构，在图6中，外辐射体2由上面直径较小的螺旋部分及下面直径稍大的螺旋部分构成，图7中，外辐射体2的直径从上往下逐渐变大。这样才能将内辐射体1套装于外辐射体2内。内辐射体套装于外辐射体里，外辐射体的螺旋部分中最小的内直径大于所述内辐射体的最大外直径，以更好的扩展其在GPS频段的带宽。
而且，内辐射体1的总的高度为天线工作频段的一个谐振长度。第二辐射部的螺旋结构的节距大于所述第一辐射部的螺旋结构的节距。优选地，第二辐射部12的螺旋结构的节距为所述第一辐射部11的螺旋结构的节距的两倍左右，更优选地，第二辐射部12的螺旋结构的节距为所述第一辐射部11的螺旋结构的节距的两倍，以使第二辐射部的螺旋结构比第一辐射部的螺旋结构稀疏一些以产生更高频率的谐振。第二辐射部12与第一辐射部11可以一起形成较低频率的谐振，同时，由于第二辐射部12的螺旋结构的节距大于所述第一辐射部11的螺旋结构的节距，第二辐射部12可以用来产生GPS谐振，而第一辐射部11主要是用于产生较低频段的谐振。
在本发明提供的双频天线中，内辐射体及外辐射体的螺旋结构的线圈拉直后的长度均为其工作的谐振波长的一半左右，外辐射体的谐振频率与内辐射体的谐振频率接近(其比内辐射体的谐振频率或高一点或低一点)，由于天线的UHF是处于本振模式，UHF的带宽受到天线高度的影响较大，本发明通过在双频线圈的内辐射体外围设置另外一个可以产生谐振的辐射体结构，在UHF本振频率附近产生另一个谐振频率与之相加或耦合来扩展UHF的频段，而且其不影响GPS的性能。
本发明的双频天线主要工作于射频，大约为300-800MHZ的超高频(UHF)与GPS频段。本发明将GPS谐振部分置于天线的顶部，这样在GPS频段就可以形成全向的方向图，并能将天线的性能更多的集中于上半球面，以满足专业GPS天线的性能要求。
而且，所述外辐射体2的螺旋结构的高度大于所述内辐射体的第一辐射部的高度。优选地，外辐射体2的螺旋结构的高度大于所述内辐射体的第一辐射部的高度的同时，小于或等于第一辐射部的高度与第二辐射部的高度的二分之一的和。天线工作的带宽大部分取决于外辐射体的螺旋的节距，见图8，其为只有内辐射体时候双频天线在GPS频段的的回波损耗示意图；可见天线在很多频段回波损耗较大，反映出天线的带宽较小，但天线的方向性较好。
再见图9至图12，图9为本发明宽频的双频天线一实施例中UHF频段的回波损耗示意图，图10是本发明的天线在GPS频段的性能仿真图，图11是本发明宽频的双频天线一实施例中天线样品的频带参数的测试结果图；图12是本发明双频天线一实施例在UHF波段辐射性能的2D图。图9反映出天线UHF性能较好。图10中示出了天线在1.54GHZ-1.66GHZ时，即在GPS频段时工作性能仿真图，从图可以看出，天线增益较高，约3.9dBi左右，其在GPS频段的性能较好，天线的性能有一半集中于上半球面。上述图中示出的天线的仿真模型为UHF(380-430)+GPS，其在UHF频段的的性能正常，并没有因为GPS的谐振部分而影响其性能，天线增益约为1dBi左右(此仿真的增益数据为不加天线外套和主机外壳，不计PCB损耗的理想值)。见图11，本发明的天线在三个不同频点的损耗可以示意出。见三个标记点m1、m2、m3，其带宽大约为50MHZ(430-380)。图12中，虚线为天线工作于1575MHZ时的辐射方向图，实线为天线工作于405MHZ时的辐射方向图。可见测试的结果显示天线整个频段效率也符合人们的要求，天线在上半平面没有过深的凹陷，有接近对称的方向图参数。
本发明可以使天线在具有更好的GPS方向性同时，在UHF频段的带宽更宽，其带宽大约可以提高2倍。例如，本发明提供的双频天线在65mm的高度时可以实现与以前95mm长度的天线相同的频带宽度。例如，当外辐射体的高度为30mm，内辐射体的高度为46mm时，外辐射体主要工作于410-445MHZ，内辐射体主要工作于385-400MHZ，内外辐射体耦合后可使整个天线工作于380-430MHZ。例如，收音机通过上述方式，其可以搜到更多的频道。
综上所述，本发明提供的天线将另一UHF谐振部分以更粗的螺旋结构放置于具有两种节距的的螺旋结构的外部，并将这两个螺旋结构的辐射体用同一馈电点连接，在外辐射体的高度不高于内辐射体的高度时，GPS频段仍然与单个线圈具有相似的方向图，天线的性能仍集中于上半球面。本发明使天线在GPS频段时的天线性能更多的集中于上半球面，其适用于专业的GPS天线，其还可以应用在多种终端设备上，例如专业的对讲机等，同时，其在UHF频段的带宽得到了扩展。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围内。
Claims (6)
1.一种宽频的双频天线，其特征在于，包括通过主机的馈电点与主机相电连接的螺旋结构的内辐射体及将所述内辐射体套装于其内的螺旋结构的外辐射体，所述内辐射体包括用于产生谐振的下部的第一辐射部及上部的第二辐射部，所述第二辐射部的谐振频率高于所述第一辐射部的谐振频率，所述外辐射体的螺旋结构的高度小于所述内辐射体的总高度；
其中，所述外辐射体的螺旋结构的高度大于所述第一辐射部的高度，且小于或等于所述第一辐射部的高度与所述第二辐射部的高度的二分之一的和。
2.根据权利要求1所述的宽频的双频天线，其特征在于，所述内辐射体的总高度为天线工作频段的一个谐振的长度。
3.根据权利要求1或2所述的宽频的双频天线，其特征在于，所述第二辐射部的螺旋结构的节距大于所述第一辐射部的螺旋结构的节距。
4.根据权利要求3所述的宽频的双频天线，其特征在于，所述第二辐射部的螺旋结构的节距为所述第一辐射部的螺旋结构的节距的两倍。
5.根据权利要求1所述的宽频的双频天线，其特征在于，所述外辐射体具有两个或多个内直径不同的螺旋部分。
6.根据权利要求5所述的宽频的双频天线，其特征在于，所述外辐射体的螺旋部分中最小的内直径大于所述内辐射体的最大外直径。
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