CN103117448B - 复合螺旋天线 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种复合螺旋天线，其包括：双臂螺旋天线振子、直线天线振子和单臂螺旋天线振子，所述双臂螺旋天线振子与所述单臂螺旋天线振子的轴线相同，并同时与所述直线天线振子位于同一轴线。本发明提供的复合螺旋天线体积小，适应多个频段的接收，接收信号的效果好，并且安装方便。

Description

复合螺旋天线

技术领域

本发明涉及天线振子及天线系统，更具体地，涉及一种复合螺旋天线振子及由其构成的复合天线系统。

背景技术

汽车上电子通讯设备的广泛应用导致车用天线的种类日益增加，目前已经有窗玻璃式、杆式、鲨鱼鳍式，等等。通常来说，频率差别较大的应用会要求不同类型的天线。我们已知的，AM/FM无线广播使用520KHz－1710KHz、87.5MHz－108.0MHz的频率，地面数字电视(DTV)使用470MHz－800MHz的频率，3G移动通信TD-SCDMA使用1880MHz－2400MHz的频率，3G移动通信WCDMA使用1940MHz－2145MHz的频率，等等。随着新技术的涌现，对车用天线的需求越来越多。如卫星数字音频广播(DAB-S)，是新一代的广播方式，具有众多优点，尤其适用于幅员辽阔，地形复杂的国家和地区，是将来汽车收音机的发展方向。卫星数字音频广播目前主要有三种形式，即欧洲尤里卡-147-DAB，工作在1452MHz－1492MHz(L频段)；美国世广集团(World Space)的SDARS系统，工作在L波段1467MHz－1492MHz，面向全球；美国Sirius公司与XM公司的卫星数字音频无线电服务系统，在美国由于L波段已分配作它用，所以使用S波段2310MHz－2360MHz中的2310MHz－2320MHz和2345MHz－2360MHz两个频段。如上所述，越来越多的应用带来不同类型的天线需求，众多的天线需求使得汽车设计变得复杂与难于取舍。

人们于是想到了组合天线，即，将多个天线组合在一个天线整体结构中。已知的，有将广播与电视天线组合在一起的，有将移动通信与电视天线组合在一起的。授权公告号为CN201450106U的中国专利公开了一种车用多频段整合式天线，该车用多频段整合式天线将无线电天线、全球定位系统天线和地面无线数字电视天线整合于同一个鳍形的壳体中，而这三个天线分别通过同轴电缆与终端机连接。这种组合天线在某种程度上解决多个天线分别设置的问题，但因为是将三个天线组合在一个天线结构中，无法使体积足够小。

除了组合天线，人们还想到了复合天线，用包含多个振子的复合天线接收不同频率段的信号。授权公告号为CN2924817Y的中国专利公开了一种螺旋天线，该天线包括有一决定第一工作频率的第一螺旋振子、一决定第二工作频率的线状振子、一决定第三工作频率的第二螺旋振子以及连接该第一螺旋振子和该第二螺旋振子的直线部分，该第一螺旋振子和该第二螺旋振子通过该直线部分将其各自的一端相连接，该第一螺旋振子的轴线和该第二螺旋振子的轴线为同一直线，且连接该第一螺旋振子的轴线和第二螺旋振子的直线部分所在的直线也与该轴线为同一直线，该线状振子为同轴线，该线状振子上靠近其一端的馈接点的内芯线与该第一螺旋振子的远离第二螺旋振子一端电性连接，并且该线状振子沿该第一螺旋振子轴线位置穿入该第一螺旋振子，该第一螺旋振子的轴向长度大于该线状振子的长度。该技术方案的三个振子分别实现了2.4GHz－2.5GHz、5.15GHz－5.35GHz和5.47GHz－5.85GHz三个移动通信频率段的接收。但该天线结构远远无法解决比其低得多的520KHz～1710KHz、87.5MHz－108.0MHz频率的AM/FM无线广播信号和470MHz－800MHz频率的DTV电视信号的接收，尤其是470MHz－958MHz频率的DTV电视信号，其带宽很宽，使用复合天线接收的难度很大。

因此，如何解决同时接收从520KHz的广播信号到2400MHz的移动通信信号，同时进一步缩小天线的体积，降低成本，提高效率，成为人们努力的目标。

公开于本发明背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明总体背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种复合螺旋天线振子及复合天线系统，该复合螺旋天线振子及由该复合螺旋天线振子构成的复合天线系统可以使用一个天线而不是多个天线，同时接收98±3MHz频率的AM/FM无线广播信号、470MHz－800MHz频率的DTV电视信号、1880MHz－2400MHz频率的TD-SCDMA信号、1940MHz－2145MHz频率的WCDMA信号、1452MHz－2360MHz的卫星数字音频广播信号，并将信号送到后端进行处理。因此，可以达成进一步缩小天线的体积，降低成本，提高效率的目的。

为达到上述目的，本发明提供一种复合螺旋天线，其包括：双臂螺旋天线振子、直线天线振子和单臂螺旋天线振子，所述双臂螺旋天线振子与所述单臂螺旋天线振子的轴线相同，并同时与所述直线天线振子位于同一轴线。

在上述的复合螺旋天线中，所述复合螺旋天线进一步包括连接部、支撑杆以及天线杆外套；所述连接部由导电材料构成，并与所述支撑杆连接；所述天线杆外套将所述双臂螺旋天线振子、所述直线天线振子、所述单臂螺旋天线振子、所述连接部以及所述支撑杆包围在其中。

在上述的复合螺旋天线中，所述双臂螺旋天线振子连接于所述连接部，并且所述单臂螺旋天线与所述直线天线振子连接并通过所述直线天线振子连接于所述连接部。

在上述的复合螺旋天线中，所述双臂螺旋天线振子和所述单臂螺旋天线振子分别以螺旋状盘绕在所述支撑杆上，所述直线天线振子位于所述支撑杆的轴线位置。

在上述的复合螺旋天线中，所述支撑杆具有轴向的凹槽，所述直线天线振子位于所述凹槽内。

在上述的复合螺旋天线中，所述复合螺旋天线进一步包含磁芯。

在上述的复合螺旋天线中，所述磁芯位于所述单臂螺旋天线振子的远离直线天线振子的一端且位于所述单臂螺旋天线振子的螺旋空间内。在上述的复合螺旋天线中，所述磁芯通过所述支撑杆的远离连接部的一端固定。

在上述的复合螺旋天线中，所述双臂螺旋天线振子的螺旋导线的线径为0.4-1.2mm，圈间间距为8-40mm，螺旋直径为3-10mm，轴向长度为10-80mm。

在上述的复合螺旋天线中，所述单臂螺旋天线振子的螺旋导线的线径为0.3-1.2mm，圈间间距为0.5-3mm，螺旋直径为3-10mm，轴向长度为70-180mm。

在上述的复合螺旋天线中，所述直线天线振子的导线线径为0.3-1.2mm，轴向长度为20-300mm。

本发明提供的复合螺旋天线体积小，适应多个频段的接收，接收信号的效果好，并且安装方便。

具体来说，根据本发明的技术方案，在几个相差较远的频率段，可以实现用一个复合的螺旋天线接收98±3MHz频率的AM/FM无线广播信号、470MHz－958MHz频率的DTV电视信号、1880MHz－2400MHz频率的TD-SCDMA信号、1940MHz－2145MHz频率的WCDMA信号、1452MHz－2360MHz的卫星数字音频广播信号的目的，并且具有良好的效果。

通过说明书附图以及与附图一起用于说明本发明某些原理的具体实施方式，本发明所具有的其它特征和优点将变得清楚或得以更为具体地说明。

附图说明

图1为本发明中的天线振子的结构示意图。

图2为本发明中的天线振子结合有支撑杆时的结构示意图。

图3为本发明的天线被天线杆外套包围后的结构示意图。

图4为本发明的天线的剖视图。

图5为图4中A部分的放大示意图。

图6为图4中B部分的放大示意图。

图7为图2所示实施例的另一个角度的视图。

图8A-图8F为本发明的天线的信号接收效果示意图，其中：

图8A为收音频段的史密斯圆图。

图8B为收音频段的驻波比图。

图8C为数字电视DTV频段的史密斯圆图。

图8D为数字电视DTV频段的驻波比图。

图8E为3G频段的驻波比图。

图8F为1.5G-3G频段的驻波比图。

应理解的是，附图中示出的本发明的各个特征可能在一定程度上采用了简化的方式进行表示，而不一定是严格按照比例绘制的。本文所公开的本发明的特定设计特征，包括例如特定尺寸、定向、位置以及形状，将部分地根据具体应用以及使用环境而决定。

在附图中的附图标记在全部的几个附图中表示本发明的相同或等效的部分。

具体实施方式

下面，将详细说明本发明的实施例，其实例显示在附图和以下描述中。虽然将结合示例性的实施例描述本发明，但应当理解该描述并非要把本发明限制于该示例性的实施例。相反，本发明将不仅覆盖该示例性的实施例，而且还覆盖各种替换的、改变的、等效的和其他实施例，其可包含在所附权利要求所限定的本发明的精神和范围内。

如图1图2和图7所示，在根据本发明的一个实施例，提供了一种复合的螺旋天线振子，其包括：双臂螺旋天线振子1、直线天线振子2和单臂螺旋天线振子3。该双臂螺旋天线振子1、直线天线振子2和单臂螺旋天线振子3构成了本发明的复合螺旋天线中的天线振子。实施例中，双臂螺旋天线振子1、直线天线振子2及单臂螺旋天线振子3的长度、螺旋直径、圈间间距、相互间位置与连接方式等参数是为了达成本发明的目的接收频段而特殊设计的，双臂螺旋天线振子1与单臂螺旋天线振子3的轴线相同，并同时与直线天线振子2位于同一轴线。单臂螺旋天线振子3与直线天线振子2可以分别加工后再连接，也可以由同一种材料一次成型。单臂螺旋天线振子3与直线天线振子2在单臂螺旋天线振子3的靠近连接部4的一端连接；但不排除在单臂螺旋天线振子3的远离连接部4的一端连接，当然，此时天线的参数会有变化。

进一步地，在根据本发明的实施例中，本发明的复合螺旋天线还进一步包括连接部4、支撑杆5以及天线杆外套6。该连接部4用于连接天线底座并传输天线信号，其由导电材料构成，用于连接天线振子，同时也与支撑杆5相连接(参见图6)；支撑杆5由具有适当的介电常数及具有一定弹性的合成材料构成，对于本领域技术人员来说，介电常数的范围可基于接收指标而考虑，弹性范围可按设计要求而选择。该天线杆外套6将上述的双臂螺旋天线振子1、直线天线振子2、单臂螺旋天线振子3、连接部4以及支撑杆5包围在其中(参考图3所示)。该天线杆外套6通常采用合成材料，其具有适合于天线外套的适当的介电常数及一定的弹性，其主要对包围在其中的各个元件起到保护与固定作用，也可以对整个天线的刚度与弹性提供帮助。该天线杆外套6采用通常的连接方式连接于连接部4，也可以采用具有收缩属性(如热缩、冷缩或其它收缩属性)的合成材料以有利于装配。

在本发明的一个具体实施例中，为便于生产时脱模或其它应用，该天线杆外套6在其顶端(远离连接部4的一端)具有开口(未标号)，此种情况下，可以使用天线杆堵盖8封闭该开口。

在本发明的实施例中，双臂螺旋天线振子1连接于连接部4，单臂螺旋天线3与直线天线振子2连接，并且通过直线天线振子2连接于连接部4，从而将各天线振子接收到的信号通过该连接部4传输至广播接收、3G信号接收及DTV电视信号接收等后续的信号处理设备。如此设计实现了使用一个复合天线接收不同的信号，一并进行后续的信号处理。相对于使用不同的三个天线再分别进行后续的信号处理具有很大的进步与好处。当然，除了直接进行后续信号处理的方式外，上述复合螺旋天线的信号也可以经过一定的信号处理步骤，再分别送至不同的放大电路或处理装置进行后续处理，以达到更好的接收效果。

图2和图7所示的是在支撑杆5上盘绕双臂螺旋天线振子1和单臂螺旋天线振子3的示例，但是在当双臂螺旋天线振子1和单臂螺旋天线振子3的刚度与弹性合适或天线外套的刚度与弹性合适时，也可以省略支撑杆5。在本发明的其它实施例中，支撑杆5的表面还可以设置有一个或多个槽(未图示)，双臂螺旋天线振子1和/或单臂螺旋天线振子3可以嵌入到所示槽中，所述槽用于将双臂螺旋天线振子1和/或单臂螺旋天线振子3固定到支撑杆5上，避免天线参数发生变化。在本发明另外的实施例中，上述槽可以变形为条状凸起，连续或离散地分布在支撑杆5表面上，同样可以起到将双臂螺旋天线振子1和/或单臂螺旋天线振子3固定到支撑杆5上的作用。

在本发明的一个示例性实施例中，如图2和图7所示，其显示了在支撑杆5上没有设置上述固定槽的实例，在该实例中双臂螺旋天线振子1和单臂螺旋天线振子3分别以螺旋状盘绕在支撑杆5上，而直线天线振子2则位于支撑杆5的轴线位置(即设置在支撑杆5内)。对此，支撑杆5具有轴向的凹槽(未图示)，从而使直线天线振子2陷于该凹槽内。

在上述示例性实施例中，配合图1、图2、图4和图7所示，双臂螺旋天线振子1的圈间间距S1可以比单臂螺旋天线振子3的圈间间距S2大，但在其它实施例中，对应于不同接收信号的需要，双臂螺旋天线振子1的圈间间距S1可以比单臂螺旋天线振子3的圈间间距S2小，或者相等。

进一步地，在根据本发明的实施例中，本发明的复合螺旋天线还可以进一步包括磁芯7。配合图4和图5所示，该磁芯7可位于单臂螺旋天线振子3的远离直线天线振子2的一端且全部或部分地位于单臂螺旋天线振子3的螺旋空间内。该磁芯7由合适元素组份的磁性材料构成，以具有适合的磁通量，所述合适元素包括镍、铜、铁、锰、钼、钴、锂、稀土等元素的不同组合。

在本发明的一个示例性实施例中，磁芯7可以通过支撑杆5的远离连接部4的一端固定。具体来说，使磁芯7的一端与支撑杆5的端部连接。在本发明的另一个示例性实施例中，该磁芯7采用其一端与天线杆堵盖8连接的方式固定，以保证该磁芯7的全部或一部分位于单臂螺旋天线振子3的螺旋空间内，此时的连接方式为固接，或者也可以是螺纹等可调节连接，可调节连接的好处是可以适当调整天线的参数及指标。

在根据本发明的实施例中，双臂螺旋天线振子1、直线天线振子2和单臂螺旋天线振子3由具有良好导电性能的刚性导体材料制成。效果较好的材料是镀银导体或纯铜，但成本会较高；也可以是镀有良好导电性能金属外层的其它刚性材料。在本发明的另一个实施例中，上述天线振子由65Mn镀Cu材料制成。上述三种振子的材料可以是相同的，根据实际参数的需要也可以是不同的。

在根据本发明的各个实施例中，可以根据天线的工作频率来调节双臂螺旋天线振子1和单臂螺旋天线振子3的圈间间距S1、S2，双臂螺旋天线振子1和单臂螺旋天线振子3的螺旋直径D1、D2，双臂螺旋天线振子1和单臂螺旋天线振子3的轴向长度H1和H2，甚至还可以对双臂螺旋天线振子1和单臂螺旋天线振子3的螺旋导线的线径进行调节。进一步地，本发明还可以根据天线需要来调节直线天线振子的导线线径以及其轴向长度，以及位于双臂螺旋天线振子1与单臂螺旋天线振子3之间的直线天线振子2的长度(该长度可以如图4和图7中的L1所示)。

具体来说，上述的双臂螺旋天线振子1的螺旋导线的线径可以为0.4-1.2mm，圈间间距S1可以为8-40mm，螺旋直径D1可以为3-10mm，轴向长度H1可以为10-80mm。上述的单臂螺旋天线振子3的螺旋导线的线径可以为0.3-1.2mm，圈间间距S2可以为0.5-3mm，螺旋直径D2可以为3-10mm，轴向长度H2可以为70-180mm。上述的直线天线振子2的导线线径可以为0.3-1.2mm，轴向长度可以为20-300mm。位于双臂螺旋天线振子1与单臂螺旋天线振子3之间的直线天线振子2的长度为5-120mm。

在本发明的一个具有良好效果的优选实施例中，双臂螺旋天线振子1的螺旋导线的线径优选为0.8mm，圈间的间距S1优选为17mm(双臂螺旋天线振子其中单个螺旋的圈间的间距为17mm)，螺旋直径D1优选为5.5mm(内径)，轴向长度H1优选为40mm。单臂螺旋天线振子3的螺旋导线的线径优选为0.4mm，圈间间距S2优选为1.2mm，螺旋直径D2优选为5.5mm(内径)，轴向长度H2优选为100mm。直线天线振子2的导线线径优选为0.4mm，轴向长度优选为85mm，其位于双臂螺旋天线振子1与单臂螺旋天线振子3之间的长度L1为21mm。

在本发明的另一个具有良好效果的优选实施例中，双臂螺旋天线振子1的螺旋导线的线径优选为0.7mm，圈间的间距S1优选为12mm(双臂螺旋天线振子其中单个螺旋的圈间的间距为12mm)，螺旋直径D1优选为5.0mm(内径)，轴向长度H1优选为35mm。单臂螺旋天线振子3的螺旋导线的线径优选为0.5mm，圈间间距S2优选为1.5mm，螺旋直径D2优选为5.0mm(内径)，轴向长度H2优选为114mm。直线天线振子2的导线线径优选为0.5mm，轴向长度优选为100mm，其位于双臂螺旋天线振子1与单臂螺旋天线振子3之间的长度L1为41mm。

在本发明的再一个具有良好效果的优选实施例中，双臂螺旋天线振子1的螺旋导线的线径优选为1.0mm，圈间的间距S1优选为22mm(双臂螺旋天线振子其中单个螺旋的圈间的间距为22mm)，螺旋直径D1优选为6.0mm(内径)，轴向长度H1优选为47mm。单臂螺旋天线振子3的螺旋导线的线径优选为0.6mm，圈间间距S2优选为1.8mm，螺旋直径D2优选为6.0mm(内径)，轴向长度H2优选为145mm。直线天线振子2的导线线径优选为0.6mm，轴向长度优选为100mm，其位于双臂螺旋天线振子1与单臂螺旋天线振子3之间的长度L1为29mm。

上述的各个实施例仅是本发明可以实施的优选实施例，同时，本发明也可以实施为通过上述实施例不同组合而得到的其他实施例，当然，本发明并不仅限于上述实施例和上述实施例的组合。

根据本发明的具有良好效果的优选实施例，本发明的天线所获得的良好的信号接收效果可以参见图8A-图8E所示。图8A为实测的FM广播频段的史密斯圆图，图8B为实测的FM广播频段的驻波比图。从驻波比图中可以看出，在中心频率带的驻波比在2.0-3.0之间，低于通常对FM广播接收的3.0的要求，说明本天线在FM频段的增益是很好的。而对于AM调幅信号来讲，接收指标相对较低，此时整个天线杆相当于一个单极子天线，可较好地完成调幅信号的接收。

图8C为实测的数字电视DTV频段的史密斯圆图，图8D为实测的数字电视DTV频段的驻波比图。对于车用数字电视的接收，通常的要求是在全频段的驻波比低于4.0-5.0，从图8D的驻波比图中可以看出，在从470M到800M的全频段中的图形是基本平坦的，基本在3.0以下，说明本发明的天线在数字电视频段的增益也是较好的。

图8E为实测的3G频段的驻波比图，从图中可以看出，在整个1.7G到2.4G频段中的图形也是基本平坦的，在中心频率2.05G处的驻波比为1.83，低于2.0的常用技术要求，说明本发明的天线在3G频段的增益也是较好的。

图8F为一个优选实施例的实测的更大频段的驻波比图，从图中可以看出，在整个1.5GHz－3GHz频段中，图形也是基本平坦的，驻波比低于2.0，说明本发明的天线可以在1.5GHz到3GHz频段取得较好的增益。

上述测试效果说明本发明的技术方案在几个相差较远的频率段，可以实现用一个复合的螺旋天线接收98±3MHz频率的AM/FM无线广播信号、470MHz－958MHz频率的DTV电视信号、1880MHz－2400MHz频率的TD-SCDMA信号、1940MHz－2145MHz频率的WCDMA信号、1452MHz－2360MHz的卫星数字音频广播信号的目的，并且具有良好的效果。

上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然不应被理解为对本发明技术方案和权利要求保护范围的限定，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种改进，或者未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其他场合的，均在本发明的保护范围之内，本发明所要求的保护范围以权利要求书的记载为准。

Claims (7)

1.一种复合螺旋天线，其特征在于，包括：

双臂螺旋天线振子、直线天线振子和单臂螺旋天线振子，所述双臂螺旋天线振子与所述单臂螺旋天线振子的轴线相同，并同时与所述直线天线振子位于同一轴线；

所述复合螺旋天线进一步包括连接部、支撑杆以及天线杆外套；所述连接部由导电材料构成，并与所述支撑杆连接；所述天线杆外套将所述双臂螺旋天线振子、所述直线天线振子、所述单臂螺旋天线振子、所述连接部以及所述支撑杆包围在其中；

所述双臂螺旋天线振子连接于所述连接部，并且所述单臂螺旋天线与所述直线天线振子连接并通过所述直线天线振子连接于所述连接部；

所述双臂螺旋天线振子和所述单臂螺旋天线振子分别以螺旋状盘绕在所述支撑杆上，所述直线天线振子位于所述支撑杆的轴线位置。

2.根据权利要求1所述的复合螺旋天线，其特征在于，所述支撑杆具有轴向的凹槽，所述直线天线振子位于所述凹槽内。

3.根据权利要求1任一项所述的复合螺旋天线，其特征在于，所述复合螺旋天线进一步包含磁芯。

4.根据权利要求3所述的复合螺旋天线，其特征在于，所述磁芯位于所述单臂螺旋天线振子的远离直线天线振子的一端且位于所述单臂螺旋天线振子的螺旋空间内。

5.根据权利要求4所述的复合螺旋天线，其特征在于，所述磁芯通过所述支撑杆的远离连接部的一端固定。

6.根据权利要求1-5任一项所述的复合螺旋天线，其特征在于，所述双臂螺旋天线振子的螺旋导线的线径为0.4-1.2mm，圈间间距为8-40mm，螺旋直径为3-10mm，轴向长度为10-80mm。

7.根据权利要求1-5任一项所述的复合螺旋天线，其特征在于，所述单臂螺旋天线振子的螺旋导线的线径为0.3-1.2mm，圈间间距为0.5-3mm，螺旋直径为3-10mm，轴向长度为70-180mm；并且，所述直线天线振子的导线线径为0.3-1.2mm，轴向长度为20-300mm。