CN108134183A - 一种用于便携终端设备的宽带套筒天线 - Google Patents

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林周福
蒋晓红
张路明
江俊锋
胡汉武
林锡贵
刘小雨
马东
贾瑞龙
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    • H01Q1/36—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith

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Abstract

本发明公开了一种用于便携终端设备的宽带套筒天线，结合实际便携终端设备应用，在天线结构尺寸受限的情况下，提出了一种基于终端结构体的宽频带单极子套筒天线设计，天线频段覆盖225～678MHz。设计中摒除传统加磁环等有耗器件展宽带宽方法，而是采用套筒结构，螺旋线加载的方式实现，同时对螺旋弹簧迂回设计以减小尺寸，及在不同螺距下并联多条螺旋辐射体实现宽频带，从而达到一根天线实现多根天线功能。

Description

一种用于便携终端设备的宽带套筒天线
技术领域
本发明涉及天线技术领域，特别涉及一种用于便携终端设备的宽带套筒天线。
背景技术
随着通信技术迅速发展，便携终端设备已趋于多频段、多模块集成化发展。按传统思路设计，如图1所示，每个通信模式有独立的信道和天线，不仅设备尺寸大、成本高，天线数量多，而且在并发应用模式下天线间隔离度不够，性能相互影响，同时影响设备美观。为了减少天线之间的相互干扰及结构美观，宽带天线已成为主流设计。
便携终端产品趋于多模融合化发展，频段覆盖范围广，所以出现单设备多天线使用情况，从而不可避免出现天线之间相互干扰问题。所以宽频带、小型化天线是目前便携终端产品的主流方向。
考虑到便携终端产品结构尺寸小及工艺美观，设计过程中天线尺寸与设备结构尺寸应该保持一定的比例，所以低频率便携终端产品天线通常采用单极子鞭状结构形式，配合结构壳体设计天线，例如对讲机天线，某军用手持便携终端天线等。对于宽频带单极子天线，一般采用套筒结构，并且天线尺寸选用低端频率的四分之一波长左右，性能不仅依赖于套筒结构，而且与设备接地密切相关。
近年来，单极子套筒天线主要探讨频段集中在100MHz～1000MHz，带宽一般100MHz～400MHz。常用展宽带宽的方法有以下几种：
1、采用套筒结构
通过对单极子天线的负极加向上或向下的套筒，可以改变电流分布，从而达到扼流的作用，以展宽带宽,但是套筒结构只能对要求低的情况下，部分展宽带宽。
2、对天线采用加载技术
在天线中嵌入电抗、阻抗或介质材料等加载元件，可以使天线的电流分布得到改善，从而使天线的谐振频率也随之改变，但是此方法会对天线增益有影响；也可以对辐射体采用锥形结构加载方式展宽带宽，但是锥体结构尺寸较大。
3、频率无关天线系列
指天线的方向图和阻抗特性都与频率无关的天线，也就是天线的带宽可以不受限制，典型的有对数周期天线。理论上此类天线是无限长的，而实际的天线长度是有限的，因此要求天线结构上的电流随离开输入端距离的增加而减小。对数天线的工作频率范围由最短和最长的振子决定，最短振子决定了天线的上限频率，最长振子决定了天线的下线频率,此类天线最大缺点是尺寸太大。
例如，文献一[1]中提出的450～850MHz微带线套筒天线,电压驻波比小于等于2,半径为40mm,高为174mm；文献二[2]中提出了一种通过抬高馈电点，用圆柱筒代替大地，以减小参考地对方向图影响的天线，频段为105～420MHz，天线高750mm，最大半径150mm，全频带内电压驻波比小于3，增益大于-2dBi。文献三[3]中提出一种顶加载及增加短路探针的方法展宽带宽，446-732MHz频带内电压驻波比小于2,最大增益4dBi，加顶半径大于110mm，高度56mm。此类天线共同特点是尺寸较大，超出便携终端结构尺寸，并且带宽窄，满足不了需求。
[1].Horng-Dean Chen,“Compact broadband Microstrip-Line-Fed sleevemonopole antenna for DTV application and ground plane effect,”IEEE AntennasWireless Propag.Lett.,Vol.7,497-500,2008.
[2].周斌,刘其中,纪奕才,郭景丽.新型套筒天线的研究与应用[J].电波科学学报.2006,Vol.21,No.5
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发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种用于便携终端设备的宽带套筒天线，摒除传统加磁环等有耗器件展宽带宽方法，而是采用套筒结构，螺旋线加载的方式实现，同时对螺旋弹簧迂回设计以减小尺寸，及在不同螺距下并联多条螺旋辐射体实现宽频带，从而达到一根天线实现多根天线功能。
本发明的目的通过以下的技术方案实现：
一种用于便携终端设备的宽带套筒天线，对便携终端设备单极子天线采用套筒结构，并以螺旋线加载展宽带宽。
优选的，对螺旋线加载部分进行加长，并对螺旋线采用迂回绕法。
优选的，在已经以螺旋线加载的天线外加一层绝缘热缩管，并在绝缘热缩管外并联一组螺旋线。
具体的，在绝缘热缩管开孔，从而使外部螺旋线与底部螺旋线连接。
进一步的，在天线外采用多层绝缘热缩管和螺旋线并联的结构。
更进一步的，对加载的螺旋线辐射体用不同直径螺旋线并联，从而得到多个谐振点，再对多谐振点进行匹配，以进一步展宽天线频带宽度。
优选的，对加载的螺旋线辐射体用不同螺距螺旋线。
本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：
1、解决便携终端产品多天线相互干扰问题
采用套筒结构、螺旋加载结构，单极子天线可以展宽带宽。所以对于多天线的便携终端系统，设计过程中采用全频段覆盖的方法，一根天线覆盖多根天线频段，同时满足天线各项目指标，或者性能损失在允许范围内。不仅解决便携终端产品中多天线干扰问题，而且进一步改善结构美观。
2、解决单极子天线加套筒后带宽不够问题
单极子天线加套筒可以展宽带宽，但通过增加套筒结构，带宽只能部分展宽，所以采用螺旋线加载方式，同时对加载后的螺旋线用不同直径螺旋线在不同位置进行并联操作，调整天线的匹配，当达到一定匹配条件下即可以实现宽频带。
3、解决用有损耗器件展宽带宽问题
传统思路常采用磁环等有损耗器件展宽带宽，此方法直接会导致增益降低，本发明通过对辐射体进行加载操作，及对天线整体调匹配，从而实现宽频带。
4、解决天线尺寸过大问题
单极子套筒天线尺寸在低端频率的四分之一波长左右，对于超短波频段，天线尺寸相对设备尺寸较长，为了配合工艺设计，在尺寸限制，不影响性能的情况下，这里采用螺旋线加顶，并迂回绕以延长螺旋线，从而实现对低频段带宽进行展宽。
附图说明
图1是多模便携终端传统天线布局示意图。
图2是单极子套筒天线-螺旋加载示意图。
图3是单极子套筒天线-螺旋线迂回绕示意图。
图4是单极子套筒天线-加绝缘热缩示意图。
图5是单极子套筒天线-并联螺旋线示意图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例
对目前便携终端项目中多频段多天线问题，提出了一种单极子宽带套筒天线设计方法，通过对单极子套筒天线(螺旋加载)辐射体加载部分进行拓展，即在加载螺旋线不同位置加多圈不同直径螺旋线，以天线多谐振点思路，实现在传统单极子套筒天线基础上进一步展宽带宽。从而解决了便携终端设备多天线相互干扰问题，以及天线加套筒后带宽不够问题、用有耗器件展宽带宽问题、天线尺寸过大问题。
本实施例以一款便携平板终端设备天线设计为例(平板设备尺寸：长*宽*高250mm*180mm*20mm)，频段225MHz～678MHz，通过对单极子套筒天线辐射体不同加载对比，分析对带宽的影响。便携终端设备体积小，考虑结构美观及使用便利，所以要求天线小型化并且带宽宽，本实施例中要求辐射体直径10mm，长170mm，具体设计过程分六步进行对比分析。设计过程中以测试电压驻波比方式分析带宽为主，最后对天线400～678MHz频段进行暗室测试，给出具体测试数值。
传统单极子天线主要以窄带为主，此处采用套筒结构，并以螺旋线加载，如图2所示。经测试天线带宽为290MHz～910MHz。
上述测试，低频部分带宽不够，所以对螺旋线加载部分进行加长，并采用迂回绕法，使尺寸在要求范围内，如图3所示。经测试天线带宽可以达到284.1MHz～930MHz，对低端展宽6MHz，高端展宽20MHz。
下面主要采用对现有加载螺旋线以不同直径进行并联多根螺旋线的方式展开带宽。首先，对图3模型加一层绝缘热缩管，以保证后面并联螺旋线部分相互隔离，带宽为279.3MHz～910MHz，低端展宽4.5MHz，整体带宽往低频偏移，与理论相符，如图4所示。在此基础上并联第一组螺旋线，在绝缘热缩管开孔，从而与底部螺旋线连接，如图5所示。经测试带宽为272MHz～930MHz，低端展宽7MHz，高端展宽20MHz，对带宽具有明显的展宽效果。
重复上述方法，并联第二组螺旋线，首先，加一层隔离热缩管，经测试带宽为271.4～930MHz，整体带宽左移1MHz；其次并联第二层螺旋线，经测试带宽为263.4～940MHz，低端展宽8MHz，高端展宽10MHz。从上述两组并联螺旋线明显能看出，只要螺距适当，长度适当，则明显对带宽会有一定的展宽效果。
应用上述方法，简单设计了一款带宽为225～800MHz的单极子天线，经过测试，主要频段驻波在3以内；400～678MHz方向图，增益最大值为3.42dBi，最小增益为-8.35dBi；主要频点效率为60％～71％，如表1所示。由测试结果可知增益不圆度较大，主要是因为设备不对称结构引起方向图倾斜，如果把天线安装在设备正中间则方向图不圆度能够明显得到改善。
表1天线增益和效率
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种用于便携终端设备的宽带套筒天线，其特征在于，对便携终端设备单极子天线采用套筒结构，并以螺旋线加载展宽带宽。
2.根据权利要求1所述的用于便携终端设备的宽带套筒天线，其特征在于，对螺旋线加载部分进行加长，并对螺旋线采用迂回绕法。
3.根据权利要求1所述的用于便携终端设备的宽带套筒天线，其特征在于，在已经以螺旋线加载的天线外加一层绝缘热缩管，并在绝缘热缩管外并联一组螺旋线。
4.根据权利要求3所述的用于便携终端设备的宽带套筒天线，其特征在于，在绝缘热缩管开孔，从而使外部螺旋线与底部螺旋线连接。
5.根据权利要求3所述的用于便携终端设备的宽带套筒天线，其特征在于，在天线外采用多层绝缘热缩管和螺旋线并联的结构。
6.根据权利要求5所述的用于便携终端设备的宽带套筒天线，其特征在于，对加载的螺旋线辐射体用不同直径螺旋线并联，从而得到多个谐振点，再对多谐振点进行匹配，以进一步展宽天线频带宽度。
7.根据权利要求1所述的用于便携终端设备的宽带套筒天线，其特征在于，对加载的螺旋线辐射体用不同螺距螺旋线。
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