CN105098356A

CN105098356A - 一种应用于通信终端uv频段和s频段双模合一天线系统

Info

Publication number: CN105098356A
Application number: CN201510568744.8A
Authority: CN
Inventors: 刘胜杰; 宋春民; 李延波; 夏连杰; 高丽哲; 俞光日; 马凤乾; 刘金栋
Original assignee: Tianjin 712 Communication and Broadcasting Co Ltd
Current assignee: Tianjin 712 Communication and Broadcasting Co Ltd
Priority date: 2015-09-09
Filing date: 2015-09-09
Publication date: 2015-11-25

Abstract

本发明公开了一种应用于通信终端UV频段和S频段双模合一天线系统。该系统由专用手持终端和双模合一天线构成，双模合一天线中装有PCB板，PCB板上设有双工器、S频段天线匹配电路、UV频段天线匹配电路、S频段天线单元和UV频段天线单元，专用手持终端通过射频接头与双模合一天线的双工器连接，双工器分别通过S频段天线匹配电路、UV频段天线匹配电路连接至S频段天线单元、UV频段天线单元。采用天线内部集成双工器，通过双工器进行UV频段和S频段的隔离，使得原本独立的两种天线能够共用一条射频链路。避免了两种天线在性能上的互相干扰，达到了两种天线共用结构的目的。同时满足了产品小型化的要求，相比双天线结构降低了成本。

Description

一种应用于通信终端UV频段和S频段双模合一天线系统

技术领域

本发明涉及通信终端设备，特别是涉及一种UV频段和S频段双模合一天线系统。

背景技术

随着通信技术的不断发展，小型化、集成度高、多模通信体制合一已经成为终端设备的必备特性，在某些专用领域，终端要求既支持天通通信体制（S频段/定向天线/右旋圆极化天线），也兼容专用通信体制（UV频段/水平全向天线/垂直极化天线）。依据以往的设计思路需要两根外置天线，即S频段天线和UV频段天线各一个，但是这样做有以下缺点：1、无法满足小型化的要求：两种通信体制在终端上都需要射频接头，而满足产品可靠性要求的射频接头都比较大，导致最终产品都较笨重。2、两种天线互相影响，导致性能变差：由于终端尺寸的限制，两种天线之间的距离不可能很大，因此两种天线在工作的时候会互相影响，特别是S频段定向天线对UV频段天线的影响，使之性能变差；3、成本相对较高。

发明内容

鉴于现有技术存在的问题和缺点，本发明设计一种应用于通信终端UV频段和S频段双模合一天线系统。双模合一天线系统使用一个天线结构和一个射频接头，一款天线完成两种功能，以克服双天线方案存在的问题，达到规避双天线方案缺点的目的。

本发明采取的技术方案是：一种应用于通信终端UV频段和S频段双模合一天线系统，其特征在于：该系统由专用手持终端和双模合一天线两部分构成，双模合一天线中装有PCB板，PCB板上设有双工器、S频段天线匹配电路、UV频段天线匹配电路、S频段天线单元和UV频段天线单元，专用手持终端通过射频接头与双模合一天线的双工器连接，双工器分别通过S频段天线匹配电路、UV频段天线匹配电路连接至S频段天线单元、UV频段天线单元。

本发明所产生的有益效果是：采用天线内部集成双工器的技术方案，通过双工器进行UV频段和S频段的隔离，使得原本独立的两种天线能够共用一条射频链路。通过计算机软件仿真的方式，合理的选择两种天线的结构参数、合理排布两种天线的空间位置，避免了两种天线在性能上的互相干扰，达到了两种天线共用结构的目的。同时满足了产品小型化的要求，相比双天线结构降低了成本。

附图说明

图1是本发明系统框图；

图2是本发明双模合一天线仿真模型示意图；

图3是本发明内部PCB板示意图；

图4是本发明内部双工器原理图；

图5是本发明内部双工器S21,S31数据图；

图6是本发明内部双工器S11数据图；

图7是本发明UV频段天线匹配电路原理图；

图8是本发明UV频段天线驻波比数据图；

图9是本发明S频段天线匹配电路原理图；

图10是本发明S频段天线驻波比数据图。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

参照图1、图2，本系统由专用手持终端1（现有的）和双模合一天线4（新研制的）两部分构成，双模合一天线4中装有PCB板3，PCB板3上设有双工器7、S频段天线匹配电路10、UV频段天线匹配电路11、S频段天线单元6（现有的）和UV频段天线单元5（现有的），专用手持终端1通过射频接头2与双模合一天线4中的双工器7连接，双工器7分别通过S频段天线匹配电路10、UV频段天线匹配电路11连接至S频段天线单元6、UV频段天线单元5。

参照图3、图4，双模合一天线4在PCB板3上设有的双工器包含S频段通路8和UV频段通路9两个通路，双工器7由两路不同频率的带通滤波器组成，其中一路带通滤波器的电感L1的一端为输入端，连接手持终端1的射频接头2，电感L1的另一端通过电容C1连接电感L2的一端、电容C2的一端、电感L3的一端，电感L3的另一端通过电容C3连接电感L4的一端、电容C4的一端、电感L5的一端，电感L5的另一端连接电容C5的一端，电容C5的另一端作为输出端，通过S频段天线匹配电路10连接至S频段天线单元6，电感L2、电容C2、电感L4、电容C4的另一端连接后接地；另一路带通滤波器的电感L10的一端为输入端，连接手持终端1的射频接头2，电感L10的另一端通过电容C10连接电感L9、电容C9、电感L8的一端，电感L8的另一端通过电容C8连接电感L7、电容C7、电感L6的一端，电感L6的另一端连接电容C6的一端，电容C6的另一端作为输出端，通过SUV频段天线匹配电路11连接至UV频段天线单元5，电感L9、电容C9、电感L7、电容C7的另一端连接后接地。

参照图3、图7，双模合一天线4在PCB板3上设有的UV频段天线匹配电路11中，电感L11的一端作为输入端，电感L11的另一端连接电容C11、电感L12的一端，电感L12的另一端连接电容C12、电阻R1、电阻R2的一端，电阻R2的另一端连接电阻R3的一端，并作为输出端，电容C11、电容C12、电阻R1、电阻R3的另一端连接后接地。

参照图3、图9，双模合一天线4在PCB板3上设有的S频段天线匹配电路10中，电容C13的一端作为输入端，电容C13的一端连接电容C14、电容C15的一端，电容C15的另一端作为输出端，电容C14的另一端接地。

下面对双模合一天线的主要功能和实现方式进行详细的描述。

1、从图2的仿真模型可以看出，本方案设计的双模合一天线是由射频接头、PCB板（内含双工器和天线匹配电路）、UV天线单元、S天线单元构成，下面分别就这四部分进行说明：

（1）射频接头：接头类型选择的是TNC-J，主要负责将终端射频前向链路的信号无损耗的送到PCB板上。

（2）PCB板：PCB板包含双工器和两种天线匹配电路。

双工器包含两个通路：S频段通路（1.79-2.2GHz）和UV频段通路（400-678MHz），主要功能为频率选择：当终端发射S频段的射频信号时，通过S频段通路传输给S频段的天线单元，这时UV频段通路为高阻状态；当终端发射UV频段的射频信号时，通过UV频段通路传输给UV频段的天线单元，这时S频段通路为高阻状态。天线匹配电路主要功能为对两种天线的初始阻抗进行匹配，使之能够满足通信链路驻波比的要求。

（3）UV天线单元：UV天线单元为单极子的天线形式，工作频段为400-678MHz，工作频带内增益大于0dBi，水平全向的方向图。直径2cm，长度为24cm。

（4）S频段天线单元：S频段天线单元为十字交叉振子天线形式，工作频段为1.98-2.2GHz，右旋圆极化，低仰角增益大于1dBi±45°，对空定向辐射方向图。位于整个天线的顶部。

2、以下对双工器设计和参数详细说明。

（1）双工器是由两路不同频率的带通滤波器组成的，它的主要作用是隔离两条工作频率不同的天线，使得两个工作频率不同的天线可以共用一路射频链路。

（2）双工器是三端口器件，其中1端口接手持设备射频链路，2端口接UV频段天线单元，3端口接S频段天线单元。

（3）通过ADS软件仿真设计得到双工器原理图，其中两路带通滤波器采用五阶切比雪夫滤波器，最终得到的仿真结果如图5、图6所示。从图5、图6可以看出，双工器由标准的两路带通滤波器组成，工作频段为400-678MHz和1.98-2.2GHz，双工器工作频带内衰减在0.2dB左右，2端口和3端口之间的隔离度在100dB以上，1端口回波损耗为-13dB左右。

3、天线匹配电路设计

（1）UV频段天线匹配电路设计：参照图7，UV频段天线为宽频带天线，为了满足驻波比满足小于3的要求，除了一般的阻容匹配外，还使用了阻性加载的方式来拓展带宽，匹配后的驻波比数据如图8所示。从图8可以看出，在400-678MHz的频带范围内驻波比满足小于3的要求。

（2）S频段天线匹配电路设计：参照图9，S频段天线采用T型匹配电路进行匹配。匹配后的驻波比数据如图10所示。从图10可以看出，在1.98-2.2GHz的频带范围内驻波比满足小于3的要求。

4、双模合一天线最终指标

除了图8、图10所示的驻波比数据以外，双模合一天线其他性能指标如下：

（1）UV频段天线指标：UV频段天线在400-678MHz频带内增益最低点为1dBi左右，满足系统要求。

（2）S频段天线指标：S频段天线满足低仰角增益>1dBi的需求和轴比<3的需求。

Claims

1.一种应用于通信终端UV频段和S频段双模合一天线系统，其特征在于：该系统由专用手持终端（1）和双模合一天线（4）两部分构成，双模合一天线（4）中装有PCB板（3），PCB板（3）上设有双工器（7）、S频段天线匹配电路（10）、UV频段天线匹配电路（11）、S频段天线单元（6）和UV频段天线单元（5），专用手持终端（1）通过射频接头（2）与双模合一天线（4）中的双工器（7）连接，双工器（7）分别通过S频段天线匹配电路（10）、UV频段天线匹配电路（11）连接至S频段天线单元（6）、UV频段天线单元（5）。

2.根据权利要求1所述的一种应用于通信终端UV频段和S频段双模合一天线系统，其特征在于：所述双工器包含S频段通路（8）和UV频段通路（9）两个通路，双工器（7）由两路不同频率的带通滤波器组成，其中一路带通滤波器的电感L1的一端为输入端，连接手持终端（1）的射频接头（2），电感L1的另一端通过电容C1连接电感L2的一端、电容C2的一端、电感L3的一端，电感L3的另一端通过电容C3连接电感L4的一端、电容C4的一端、电感L5的一端，电感L5的另一端连接电容C5的一端，电容C5的另一端作为输出端，通过S频段天线匹配电路（10）连接至S频段天线单元（6），电感L2、电容C2、电感L4、电容C4的另一端连接后接地；另一路带通滤波器的电感L10的一端为输入端，连接手持终端（1）的射频接头（2），电感L10的另一端通过电容C10连接电感L9、电容C9、电感L8的一端，电感L8的另一端通过电容C8连接电感L7、电容C7、电感L6的一端，电感L6的另一端连接电容C6的一端，电容C6的另一端作为输出端，通过SUV频段天线匹配电路（11）连接至UV频段天线单元（5），电感L9、电容C9、电感L7、电容C7的另一端连接后接地。

3.根据权利要求2所述的一种应用于通信终端UV频段和S频段双模合一天线系统，其特征在于：UV频段天线匹配电路（11）中，电感L11的一端作为输入端，电感L11的另一端连接电容C11、电感L12的一端，电感L12的另一端连接电容C12、电阻R1、电阻R2的一端，电阻R2的另一端连接电阻R3的一端，并作为输出端，电容C11、电容C12、电阻R1、电阻R3的另一端连接后接地。

4.根据权利要求3所述的一种应用于通信终端UV频段和S频段双模合一天线系统，其特征在于：S频段天线匹配电路（10）中，电容C13的一端作为输入端，电容C13的一端连接电容C14、电容C15的一端，电容C15的另一端作为输出端，电容C14的另一端接地。