CN104577322B - 一种二合一双馈线多波段全向高增益pcb天线 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种二合一双馈线多波段全向高增益PCB天线；包括多根射频同轴线、PCB基材以及设置于PCB基材正面、背面的多个射频偶极振子，设于PCB基材正面的多个射频偶极振子均为低频振子，设于PCB基材背面的多个射频偶极振子均为高频振子，所述低频振子和高频振子在PCB基材的垂直方向上互相错开设置；多个低频振子之间通过射频同轴线连接形成低频全向辐射单元，多个高频振子之间通过射频同轴线连接形成高频全向辐射单元。本发明采用二合一天线设计，在一只天线上实现双频覆盖，且在高低两个频段上辐射方向图均为水平全向。无需合路器即可高低频分路输出，且其匹配电路的调试简单，可大大降低生产成本和人工成本。

Description

一种二合一双馈线多波段全向高增益PCB天线

技术领域

本发明涉及无线通讯技术，尤其是指一种二合一双馈线多波段全向高增益PCB天线。

背景技术

在移动电话、WIFI发射器等无线通信装置中，天线作为其用来发射、接收无线电波以传递、交换无线电信号的部件，无疑是无线通信装置中最重要的组件之一。目前，无线通信装置一般都需要具备在双频或者更多频段下进行通信的功能，因此其天线装置一般都使用双频或多频天线。在现有技术中，多频段通信设备的主板射频部分设计方式无外乎两种：

一、多天线方案：即每一个频段都有一路信号输出端，各输出端匹配多支不同工作频率的天线；由于多天线方案需要至少两支天线才能解决的问题，尤其是应用在MIMO系统时，使用的天线数量较多，大大增加了整机的材料成本和人工成本。

二、高低频段合路方案：采用合路器将不同的频率的各路输出信号合成一路输出，输出端匹配一支工作于多频段的天线。其采用二合一天线设计形式，只有一只高低频合路天线，该高低频合路天线通过与合路器连接将信号发出，此方案需要一个昂贵的合路器，使用成本较高。采用高低频合路的方案有一个难点就是合路后的匹配电路调试相当复杂，既要顾及低频又要考虑高频，尤其是当高低频部分带宽很宽（如11AC或4G设备）的时候，电路匹配将花费工程师大量的时间。

发明内容

本发明针对现有技术的问题提供一种二合一双馈线多波段全向高增益PCB天线，采用二合一天线设计，无需合路器即可高低频分路输出，而且匹配电路的调试简单，可大大降低生产成本和人工成本。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种二合一双馈线多波段全向高增益PCB天线，包括多根射频同轴线、PCB基材以及设置于PCB基材正面、背面的多个射频偶极振子，设于PCB基材正面的多个射频偶极振子均为低频振子，设于PCB基材背面的多个射频偶极振子均为高频振子，所述低频振子和高频振子在PCB基材的垂直方向上互相错开设置；所述多个低频振子之间通过射频同轴线连接，在PCB基材正面形成低频全向辐射单元；所述多个高频振子之间通过射频同轴线连接，在PCB基材背面形成高频全向辐射单元。

进一步的，所述PCB基材正面设置有三个低频振子，每个低频振子包括有低频接地部和低频信号部，在低频接地部与低频信号部之间设有连接线；其中，所述第一射频同轴线的上端编织层焊接于第一低频振子的低频接地部，第一射频同轴线的上端内芯线焊接于第一低频振子的连接线一端，第一射频同轴线的下端引出作为低频全向辐射单元的低频馈线；第二射频同轴线的下端编织层焊接于第一低频振子的低频信号部，第二射频同轴线的下端内芯线焊接于第一低频振子的连接线另一端，第二射频同轴线的上端编织层焊接于第二低频振子的低频接地部，第二射频同轴线的上端内芯线焊接于第二低频振子的连接线一端；第三射频同轴线的下端编织层焊接于第二低频振子的低频信号部，第三射频同轴线的下端内芯线焊接于第二低频振子的连接线另一端，第三射频同轴线的上端编织层焊接于第三低频振子的低频接地部，第三射频同轴线的上端内芯线焊接于第三低频振子的低频信号部。

再进一步的，所述PCB基材背面设置有三个高频振子，每个高频振子包括有高频接地部和高频信号部，在高频接地部与高频信号部之间设有连接线；其中，所述第一射频同轴线的上端编织层焊接于第一高频振子的高频接地部，第一射频同轴线的上端内芯线焊接于第一高频振子的连接线一端，第一射频同轴线的下端引出作为高频全向辐射单元的高频馈线；第二射频同轴线的下端编织层焊接于第一高频振子的高频信号部，第二射频同轴线的下端内芯线焊接于第一高频振子的连接线另一端，第二射频同轴线的上端编织层焊接于第二高频振子的高频接地部，第二射频同轴线的上端内芯线焊接于第二高频振子的连接线一端；第三射频同轴线的下端编织层焊接于第二高频振子的高频信号部，第三射频同轴线的下端内芯线焊接于第二高频振子的连接线另一端，第三射频同轴线的上端编织层焊接于第三高频振子的高频接地部，第三射频同轴线的上端内芯线焊接于第三高频振子的高频信号部。

优选的，所述低频接地部和低频信号部的长度均为低频电流信号的1/4波长，所述高频接地部和高频信号部的长度均为高频电流信号的1/4波长。

本发明的有益效果：

本发明所提供的一种二合一双馈线多波段全向高增益PCB天线，包括多根射频同轴线、PCB基材以及设置于PCB基材正面、背面的多个射频偶极振子，设于PCB基材正面的多个射频偶极振子均为低频振子，设于PCB基材背面的多个射频偶极振子均为高频振子，所述低频振子和高频振子在PCB基材的垂直方向上互相错开设置；所述多个低频振子之间通过射频同轴线连接，在PCB基材正面形成低频全向辐射单元；所述多个高频振子之间通过射频同轴线连接，在PCB基材背面形成高频全向辐射单元。本发明采用二合一天线设计，低频全向辐射单元和高频全向辐射单元设于PCB基材两侧面，在一只天线上实现双频覆盖，且在高低两个频段上辐射方向图均为水平全向。无需合路器即可高低频分路输出，且其匹配电路的调试简单，可大大降低生产成本和人工成本。

附图说明

图1为本发明一种二合一双馈线多波段全向高增益PCB天线的结构示意图。

图2为本发明中低频振子的结构示意图。

图3为本发明中高频振子的结构示意图。

在图1至图3中的附图标记包括：

1—PCB基材 2—射频同轴线 21—第一射频同轴线

22—第二射频同轴线 23—第三射频同轴线 3—低频振子

31—第一低频振子 32—第二低频振子 33—第三低频振子

4—高频振子 41—第一高频振子 42—第二高频振子

43—第三高频振子 5—低频接地部 6—低频信号部

7—高频接地部 8—低频信号部 9—连接线。

具体实施方式

为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例与附图对本发明作进一步的说明，实施方式提及的内容并非对本发明的限定。参见图1至图3，以下结合附图对本发明进行详细的描述。

本发明提供的一种二合一双馈线多波段全向高增益PCB天线，包括多根射频同轴线2、PCB基材1以及设置于PCB基材1正面、背面的多个射频偶极振子，设于PCB基材1正面的多个射频偶极振子均为低频振子3，设于PCB基材1背面的多个射频偶极振子均为高频振子4，所述低频振子3和高频振子4在PCB基材1的垂直方向上互相错开设置；所述多个低频振子3之间通过射射频同轴线2连接，在PCB基材1正面形成低频全向辐射单元；所述多个高频振子4之间通过射射频同轴线2连接，在PCB基材1背面形成高频全向辐射单元。本发明采用二合一天线设计，低频全向辐射单元和高频全向辐射单元设于PCB基材1两侧面，在一只天线上实现双频覆盖，且在高低两个频段上辐射方向图均为水平全向。无需合路器即可高低频分路输出，且其匹配电路的调试简单，可大大降低生产成本和人工成本。

如图1所示，本发明中所述PCB基材1正面设置有三个低频振子3，每个低频振子3包括有低频接地部5和低频信号部6，在低频接地部5与低频信号部6之间设有连接线9；其中，所述第一射频同轴线21的上端编织层焊接于第一低频振子31的低频接地部5，第一射频同轴线21的上端内芯线焊接于第一低频振子31的连接线9一端，第一射频同轴线21的下端引出作为低频全向辐射单元的低频馈线；第二射频同轴线22的下端编织层焊接于第一低频振子31的低频信号部6，第二射频同轴线22的下端内芯线焊接于第一低频振子31的连接线9另一端，第二射频同轴线22的上端编织层焊接于第二低频振子32的低频接地部5，第二射频同轴线22的上端内芯线焊接于第二低频振子32的连接线9一端；第三射频同轴线23的下端编织层焊接于第二低频振子32的低频信号部6，第三射频同轴线23的下端内芯线焊接于第二低频振子32的连接线9另一端，第三射频同轴线23的上端编织层焊接于第三低频振子33的低频接地部5，第三射频同轴线23的上端内芯线焊接于第三低频振子33的低频信号部6。再进一步的，所述PCB基材1背面设置有三个高频振子4，每个高频振子4包括有高频接地部7和高频信号部8，在高频接地部7与高频信号部8之间设有连接线9；其中，所述第一射频同轴线21的上端编织层焊接于第一高频振子41的高频接地部7，第一射频同轴线21的上端内芯线焊接于第一高频振子41的连接线9一端，第一射频同轴线21的下端引出作为高频全向辐射单元的高频馈线；第二射频同轴线22的下端编织层焊接于第一高频振子41的高频信号部8，第二射频同轴线22的下端内芯线焊接于第一高频振子41的连接线9另一端，第二射频同轴线22的上端编织层焊接于第二高频振子42的高频接地部7，第二射频同轴线22的上端内芯线焊接于第二高频振子42的连接线9一端；第三射频同轴线23的下端编织层焊接于第二高频振子42的高频信号部8，第三射频同轴线23的下端内芯线焊接于第二高频振子42的连接线9另一端，第三射频同轴线23的上端编织层焊接于第三高频振子43的高频接地部7，第三射频同轴线23的上端内芯线焊接于第三高频振子43的高频信号部8。

本发明所提供的PCB天线属于串馈式的富兰克林天线，低频全向辐射单元的原理和高频全向辐射单元的原理相同。在本实施例中以低频全向辐射单元为例说明。

在本发明中天线的正面为低频全向辐射单元，第一低频振子31、第二低频振子32、第三低频振子33为天线的三个辐射偶极振子；三者在馈电方式上略有差异，第一低频振子31、第二低频振子32属于缝隙耦合馈电，第三低频振子33属于直接馈电。低频电流信号经第一射频同轴线21馈入低频全向辐射单元，在第一低频振子31上产生第一次全向辐射，并有一部分能量经第二射频同轴线22传输并馈入到第二低频振子32上，经第二低频振子32产生第二次全向辐射后，剩余部分能量再经第三射频同轴线23传输并馈入到第三低频振子33，最后经第三低频振子33产生第三次全向辐射。第一低频振子31、第二低频振子32、第三低频振子33的能量逐级递减，三个低频振子都有能量馈入并产生全向辐射，并且产生高增益。本发明的高频全向辐射单元的辐射原理与低频全向辐射单元的辐射原理相同，再次不再累赘。另外，所述高频全向辐射单元的高频振子和低频全向辐射单元的低频振子在PCB板位置上错开，以避免产生相互干扰影响天线辐射方向图。

由于决定天线是否能产生高增益的关键因素是馈入三个射频偶极振子的电流是否相位相同，本发明中所述低频接地部5和低频信号部6的长度均为低频电流信号的1/4波长，所述高频接地部7和高频信号部8的长度均为高频电流信号的1/4波长。而且第二射频同轴线22和第三射频同轴线23的长度相同，而且第二射频同轴线22和第三射频同轴线23的长度等于低频信号或高频信号的半波长的整数倍，以保证各射频偶极振子的馈入电流同相。

以上内容仅为本发明的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (2)

1.一种二合一双馈线多波段全向高增益PCB天线，包括多根射频同轴线、PCB基材以及设置于PCB基材正面、背面的多个射频偶极振子，其特征在于：设于PCB基材正面的多个射频偶极振子均为低频振子，设于PCB基材背面的多个射频偶极振子均为高频振子，所述低频振子和高频振子在PCB基材的垂直方向上互相错开设置；所述多个低频振子之间通过射频同轴线连接，在PCB基材正面形成低频全向辐射单元；所述多个高频振子之间通过射频同轴线连接，在PCB基材背面形成高频全向辐射单元；

所述射频同轴线包括有第一射频同轴线、第二射频同轴线以及第三射频同轴线；

所述PCB基材正面设置有三个低频振子，每个低频振子包括有低频接地部和低频信号部，在低频接地部与低频信号部之间设有连接线；其中，所述第一射频同轴线的上端编织层焊接于第一低频振子的低频接地部，第一射频同轴线的上端内芯线焊接于第一低频振子的连接线一端，第一射频同轴线的下端引出作为低频全向辐射单元的低频馈线；第二射频同轴线的下端编织层焊接于第一低频振子的低频信号部，第二射频同轴线的下端内芯线焊接于第一低频振子的连接线另一端，第二射频同轴线的上端编织层焊接于第二低频振子的低频接地部，第二射频同轴线的上端内芯线焊接于第二低频振子的连接线一端；第三射频同轴线的下端编织层焊接于第二低频振子的低频信号部，第三射频同轴线的下端内芯线焊接于第二低频振子的连接线另一端，第三射频同轴线的上端编织层焊接于第三低频振子的低频接地部，第三射频同轴线的上端内芯线焊接于第三低频振子的低频信号部；

所述低频接地部和低频信号部的长度均为低频电流信号的1/4波长；所述第二射频同轴线和第三射频同轴线的长度相同。

2.根据权利要求1所述的一种二合一双馈线多波段全向高增益PCB天线，其特征在于：所述PCB基材背面设置有三个高频振子，每个高频振子包括有高频接地部和高频信号部，在高频接地部与高频信号部之间设有连接线；其中，所述第一射频同轴线的上端编织层焊接于第一高频振子的高频接地部，第一射频同轴线的上端内芯线焊接于第一高频振子的连接线一端，第一射频同轴线的下端引出作为高频全向辐射单元的高频馈线；第二射频同轴线的下端编织层焊接于第一高频振子的高频信号部，第二射频同轴线的下端内芯线焊接于第一高频振子的连接线另一端，第二射频同轴线的上端编织层焊接于第二高频振子的高频接地部，第二射频同轴线的上端内芯线焊接于第二高频振子的连接线一端；第三射频同轴线的下端编织层焊接于第二高频振子的高频信号部，第三射频同轴线的下端内芯线焊接于第二高频振子的连接线另一端，第三射频同轴线的上端编织层焊接于第三高频振子的高频接地部，第三射频同轴线的上端内芯线焊接于第三高频振子的高频信号部。