CN104979628B - 一种多频天线装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种多频率天线装置，所述装置包括第一印制板天线，第二印制板天线，第三印制板天线，第四印制板天线以及第五印制板天线，其中第一印制板天线与第二印制板天线工作在第一频段，第三印制板天线工作在第二频段，第四印制板天线与第五印制板天线工作在第三频段，第一印制板天线的辐射贴片与第二印制板天线的辐射贴片形状相同，设置的位置相同，第一印制板天线与第二印制板天线安装后贴片相对设置。本发明的天线装置可同时或分时工作、体积小、易于安装，且能灵活满足系统在不同频段对天线的不同指标要求。

Description

一种多频天线装置

技术领域

本发明涉及天线技术，尤其涉及一种覆盖多个工作频段的天线装置。

背景技术

在交通行业中，为了实现车辆管理和不停车电子收费，会在汽车上安装具有无线通信能力的电子标识。由于存在不同车辆安装不同电子标识、同一车辆安装多类电子标识的情况，使得车辆信息的识别及统一管理变得复杂。

电子标识的通信频率主要位于几个固定的开放频段(800/900MHz、2.4GHz、5.8GHz)上，且每个频段上都有固定标准的窄带通道。若电子识别系统能同时在上述频段工作，就可以实现对车辆信息的全面识别与采集。具备这种综合识别能力的系统首先需要一款能同时覆盖上述三个频段的天线。如果采用单一800MHz～5.8GHz的宽带天线进行信号收发，则系统在同一时刻只能工作于一个频段，延长了识别过往车辆所需的时间，另外也无法满足系统在不同频段对天线的不同指标要求。如果采用独立的多个天线，则会增加系统复杂度，并且不便于安装。本发明旨在解决上述难题，提供一种高集成度且能在上述三个电子标识通信频段同时工作的多频天线装置。

发明内容

鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种能同时识别三个不同频段电子标识的天线系统，用以解决现有技术中不同频段电子标识单独识别的问题。

本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：

一种多频率天线装置，其特征在于，所述装置包括第一印制板天线，第二印制板天线，第三印制板天线，第四印制板天线以及第五印制板天线，其中第一印制板天线与第二印制板天线工作在第一频段，第三印制板天线工作在第二频段，第四印制板天线与第五印制板天线工作在第三频段，第一印制板天线的辐射贴片与第二印制板天线的辐射贴片形状相同，设置的位置相同，第一印制板天线与第二印制板天线安装后贴片相对设置。

优选的，所述第一频段为840MHz至925MHz的频率范围，所述第二频段为2.4GHz至2.4835GHz，所述第三频段为5.7875GHz至5.8425GHz。

优选的，所述第一印制板天线和第二印制板天线均包括4个辐射贴片，对称分布在介质基片的四角，第一印制板天线还包括连接辐射贴片的微带馈线(1c)，以及用于阻抗匹配的微带枝节(1d)。

优选的，所述第一印制板天线与第二印制板天线相对设置的辐射贴片距离为31mm。

优选的，所述第一印制板天线每个辐射贴片的尺寸为81mm×102mm，所述第二印制板天线中每个辐射贴片的尺寸为107mm×102mm。

优选的，所述第四印制板天线工作在发射状态，极化方式为线极化，所述第五印制板天线工作在接收状态，极化方式为右旋圆极化。

优选的，第三印制板天线包括8个正方形或长方形的辐射贴片(3b)，每2个一组对称排列，微带馈线(3c)连接所述辐射贴片。

优选的，所述第三印制板天线的辐射贴片尺寸为27.5mm×37mm。

优选的，所述第一印制板天线、第三印制板天线、第四印制板天线、第五印制板天线双面覆铜，在上表面蚀刻辐射贴片及微带馈线，下表面保留金属地。

优选的，所述第四印制板天线和所述第五印制板天线均包括16个正方形或长方形辐射贴片(4b)，4个一组对称排列，微带馈线(4c)连接所述辐射贴片。

本发明有益效果如下：提供具有较高集成度的多频段天线系统，能够同时识别三个不同频段的电子标识的天线系统。天线可同时或分时工作、体积小、易于安装，且能灵活满足系统在不同频段对天线的不同指标要求。更进一步，整个天线系统还能够实现仅占用的空间相当于一个独立的800/900MHz天线所需空间，却具备同时在三个电子标识频段工作的能力。此外，新的框架设计既满足多天线的安装需求，也增加了各天线彼此间的电气隔离度；印制板天线2既与印制板天线1配合工作，保证天线在800/900MHz频段具有宽带工作能力，同时充当了整个天线的天线罩。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分的从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。

图1是本发明印制板天线1结构示意图。

图2是本发明印制板天线2结构示意图。

图3是本发明印制板天线3结构示意图。

图4是本发明印制板天线4结构示意图。

图5是本发明印制板天线5结构示意图。

图6是本发明铝合金框架结构示意图。

图7是多频天线系统装配示意图。

具体实施方式

下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理。

本发明实施例旨在提供一种覆盖800/900MHz、2.4GHz、5.8GHz三个电子标识通信频段的多频天线装置。天线可同时或分时工作、体积小、易于安装，且能灵活满足系统在不同频段对天线的不同指标要求。

天线包括工作在800/900MHz频段的印制板天线1、印制板天线2、工作在2.4GHz频段的印制板天线3、工作在5.8GHz印制板天线4、印制板天线5，另外还包括铝合金框架、铝合金底板、馈电使用的SMA连接器以及用于架设天线的螺孔、天线装配时的紧固螺钉。

印制板天线1～印制板天线5全部为单层印制板结构，介质基片采用FR4板材，介电常数4.4。在介质基片表面覆铜并蚀刻出所需电路结构。

印制板天线2单面覆铜，在覆铜的一面蚀刻辐射贴片，另一面为光介质面。印制板天线2是印制板天线1的寄生贴片，不直接馈电；印制板天线1、印制板天线3、印制板天线4、印制板天线5双面覆铜，在上表面蚀刻辐射贴片及微带馈线，下表面保留金属地。微带馈线及金属地在SMA连接器馈电的位置加工焊盘。除焊盘外，印制板天线1～印制板天线5其余表面涂覆绿油，用于防止金属层氧化；

印制板天线5以右旋圆极化方式工作，其余印制板天线以线极化方式工作。

本实施例是一种能同时覆盖800/900MHz、2.4GHz、5.8GHz三个电子标识通信频段的多频天线系统。

参照图1，印制板天线1双面覆铜，在介质基片1a的上表面蚀刻出辐射贴片1b、微带馈线1c及用于阻抗匹配的微带枝节1d，其中辐射贴片1b包括4个长方形辐射贴片，微带馈线连接所述辐射贴片。介质基片1a的底面是金属地1e，金属地1e在馈电点位置预留焊盘1f。印制板天线1采用SMA连接器馈电，SMA连接器的法兰盘与焊盘1f焊接。印制板天线1上预留安装孔1g和电缆(印制板天线3的馈电电缆)过孔1f。

印制板天线1工作在800/900MHz频段(840MHz～925MHz)。在整个天线所覆盖的三个频段中，印制板天线1工作频率最低，尺寸最大，其尺寸决定了整个天线系统的尺寸。介质基片1a厚3mm，辐射贴片1b为矩形，尺寸81mm×102mm，对称分布在介质基片1a上表面的四角。微带枝节1d宽4mm，长29mm。

参照图2，印制板天线2单面覆铜，在介质基片2a覆铜的一面蚀刻出辐射贴片2b(该辐射贴片与印制板天线1的辐射贴片位置相同但大小不同)，另一面为光介质面。印制板天线2上预留安装孔2c。印制板天线2是印制板天线1的寄生贴片，其作用一方面是展宽印制板天线1的工作带宽，另一方面是作为天线罩保护整个天线。介质基片2a厚1mm，辐射贴片2b尺寸为107mm×102mm。装配时印制板天线1的辐射贴片1b与印制板天线2的辐射贴片2b相对且距离31mm，由铝合金框架保证，此时天线具有较优的性能。

参照图3，印制板天线3双面覆铜，在介质基片3a的上表面蚀刻出辐射贴片3b及微带馈线3c，底面是金属地3e。金属地3e在馈电点位置预留焊盘3f，馈电的SMA连接器的法兰盘与焊盘3f焊接。优选的，辐射贴片3b为8个长方形单元，2个一组对称排列。微带馈线3c连接所述辐射贴片3b。

印制板天线3工作在2.4GHz频段(2.4GHz～2.4835GHz)，介质基片3a厚3mm，辐射贴片3b尺寸为27.5mm×37mm。

参照图4，印制板天线4在介质基片4a的上表面蚀刻出辐射贴片4b及微带馈线4c。介质基片4a的底面是金属地4e，金属地4e在馈电点位置预留焊盘4f。印制板天线4采用SMA连接器馈电，SMA连接器的法兰盘与焊盘4f焊接。优选的，辐射贴片4b为16个长方形单元，4个一组对称排列。微带馈线4c连接所述辐射贴片4b。

参照图5，印制板天线5在介质基片5a的上表面蚀刻出辐射贴片5b及微带馈线5c。介质基片5a的底面是金属地5e，金属地5e在馈电点位置加工焊盘5f。印制板天线5同样采用SMA连接器馈电，SMA连接器的法兰盘与焊盘5f焊接。优选的，辐射贴片5b为16个正方形单元，4个一组对称排列。微带馈线5c连接所述辐射贴片5b。

印制板天线4、印制板天线5工作在5.8GHz频段(5.7875GHz～5.8425GHz)。印制板天线4工作在发射状态，极化方式为线极化。介质基片4a厚2mm，辐射贴片4b尺寸11.4mm×15mm。印制板天线5工作在接收状态，极化方式为右旋圆极化。介质基片5a厚2mm，辐射贴片5b尺寸11.4mm×11.4mm，切角边长2.74mm，辐射贴片5b中间的槽宽0.8mm，槽长2.2mm。

参照图6，铝合金框架6在棱边上的螺纹孔6a用于安装印制板天线2。凸台6b用于安装印制板天线3，矩形槽6c用于避让印制板天线1的微带馈线，其槽宽和槽高尺寸需保证不影响微带馈线1c的传输性能。框架6的网格结构既提供了安装印制板天线2、印制板天线3的支撑结构，也有利于减少各天线间的电磁干扰，提高各印制板天线间的隔离度。在本发明中印制板天线1和印制板天线2有相对位置关系，其他印制板天线皆独立安装，电气接口也独立。

参考图7，天线装配时先将印制板天线1、印制板天线4、印制板天线5装配至铝合金底板7上，而后通过螺钉10将铝合金底板与框架7固定，再安装印制板天线3，最后安装印制板天线2。印制板天线2有辐射贴片的一面与印制板天线1相对。SMA连接器8在装配前已焊接到各印制板天线上。铝合金框架6上加工有用于天线架设的螺纹孔9。可以选择的，在印制板天线2与金属框架之间增加橡胶垫圈以增强天线的环境适应性，或者将系统收/发模块直接背在天线背面，以减小系统尺寸同时避免连接电缆的损耗。

印制板天线3安装在微带馈线1c的上方，印制板天线4、印制板天线5与印制板天线1共同安装在铝合金底板7上，这种排布提高了天线系统的空间利用效率，使整个天线的截面尺寸与工作在800/900MHz频段的印制板天线1、印制板天线2相同。最后，天线整体尺寸380mm×360mm×37mm(不含SMA连接器高度)。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种多频率天线装置，其特征在于，所述装置包括第一印制板天线，第二印制板天线，第三印制板天线，第四印制板天线以及第五印制板天线，第一到第五印制板天线全部为单层印制板结构，介质基片采用FR4板材，介电常数4.4，其中第一印制板天线与第二印制板天线工作在第一频段，第三印制板天线工作在第二频段，第四印制板天线与第五印制板天线工作在第三频段，所述第一频段为840MHz至925MHz的频率范围，所述第二频段为2.4GHz至2.4835GHz，所述第三频段为5.7875GHz至5.8425GHz；

所述第一印制板天线和第二印制板天线均包括4个辐射贴片，对称分布在介质基片的四角，第一印制板天线的辐射贴片与第二印制板天线的辐射贴片形状相同，设置的位置相同，第一印制板天线与第二印制板天线安装后贴片相对设置，所述第一印制板天线与第二印制板天线相对设置的辐射贴片距离为31mm；

第一印制板天线还包括连接辐射贴片的微带馈线(1c)，以及用于阻抗匹配的微带枝节(1d)，微带馈线连接所述辐射贴片。

2.根据权利要求1所述的多频率天线装置，其特征在于，所述第一印制板天线每个辐射贴片的尺寸为81mm×102mm，所述第二印制板天线中每个辐射贴片的尺寸为107mm×102mm。

3.根据权利要求1所述的多频率天线装置，其特征在于，所述第四印制板天线工作在发射状态，极化方式为线极化，所述第五印制板天线工作在接收状态，极化方式为右旋圆极化。

4.根据权利要求1所述的多频率天线装置，其特征在于，第三印制板天线包括8个正方形或长方形的辐射贴片(3b)，每2个一组对称排列，微带馈线(3c)连接所述辐射贴片。

5.根据权利要求4所述的多频率天线装置，其特征在于，所述第三印制板天线的辐射贴片尺寸为27.5mm×37mm。

6.根据权利要求1所述的多频率天线装置，其特征在于，所述第一印制板天线、第三印制板天线、第四印制板天线、第五印制板天线双面覆铜，在上表面蚀刻辐射贴片及微带馈线，下表面保留金属地。

7.根据权利要求3所述的多频率天线装置，其特征在于，所述第四印制板天线和所述第五印制板天线均包括16个正方形或长方形辐射贴片(4b)，4个一组对称排列，微带馈线(4c)连接所述辐射贴片。