CN112436270B - 一种小型化多频天线及其设置的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及北斗系统的圆极化天线技术领域，尤其涉及一种小型化多频天线，包括线路板，还包括设置于线路板上的以下结构：自下而上堆叠设置且频段不同的至少两个陶瓷天线，堆叠设置的陶瓷天线的顶面和底面均为正方形；独立设置的至少一个陶瓷天线，独立设置的陶瓷天线的顶面和底面均为长方形；堆叠设置的各陶瓷天线的中心线重合，且与独立设置的陶瓷天线短边两侧侧面的中心平面共面，两侧侧面上覆盖有金属层。本发明中的各陶瓷天线可覆盖多个频段，相互影响较小的频段堆叠设置，有效的减少了天线面积，将波段有严重干涉的频段独立设置，可保证较好的隔离性，从而有效提升各频段的低仰角增益。同时本发明中还请求保护小型化多频天线设置的方法，具有同样的技术效果。

Description

一种小型化多频天线及其设置的方法

技术领域

本发明涉及北斗系统的圆极化天线技术领域，具体涉及一种小型化多频天线及其设置的方法。

背景技术

北斗系统常规的多频天线是叠层形式或者平铺组合，其中，叠层形式的从下层往上，尺寸是越来越小的，但要求天线频段带宽窄，频段高，频率间隔大，手持终端可用空间一般是长条的，因此平铺形式比较多见，但上述平铺组合的方式使得天线的尺寸较大，难以在手持终端中广泛使用。

鉴于上述问题的存在，本设计人基于从事此类产品工程应用多年丰富的实务经验及专业知识，并配合学理的运用，积极加以研究创新，以期创设一种小型化多频天线及其设置的方法，使其更具有实用性。

发明内容

本发明中提供了一种小型化多频天线，从而有效解决背景技术中的问题，同时本发明中还请求保护小型化多频天线设置的方法，具有同样的技术效果。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种小型化多频天线，包括线路板，还包括设置于所述线路板上的以下结构：

相对于所述线路板自下而上堆叠设置且频段不同的至少两个陶瓷天线，堆叠设置的所述陶瓷天线的顶面和底面均为正方形；

独立设置的至少一个陶瓷天线，独立设置的所述陶瓷天线的顶面和底面均为长方形；

堆叠设置的各所述陶瓷天线的中心线重合，且与独立设置的所述陶瓷天线短边两侧侧面的中心平面共面，所述两侧侧面上覆盖有金属层。

进一步地，所述陶瓷天线自下而上依次包括金属反射层、陶瓷介质层和辐射贴片层。

进一步地，独立设置的所述陶瓷天线的辐射贴片层与两侧侧面的金属层连接。

进一步地，所述正方形一条对角线与所述中心平面重合或与所述中心平面成45°。

进一步地，所述线路板上设置有供所述陶瓷天线的馈电针贯穿的金属化孔，所述线路板在与所述陶瓷天线安装面相对的底面上设置有焊盘结构，所述金属化孔与所述焊盘结构电连接。

一种小型化多频天线设置的方法，包括：

在线路板上堆叠设置至少两个陶瓷天线，所述陶瓷天线的顶面和底面均为正方形；

在线路板上独立设置至少一个陶瓷天线，所述陶瓷天线的顶面和底面均为长方形；

令堆叠设置的各所述陶瓷天线的中心线重合设置，且与独立设置的所述陶瓷天线短边两侧侧面的中心平面共面，并在所述两侧侧面上覆盖金属层。

进一步地，将各所述陶瓷天线均自下而上依次设置金属反射层、陶瓷介质层和辐射贴片层。

进一步地，令独立设置的所述陶瓷天线的辐射贴片层与所述两侧侧面的所述金属层连接。

进一步地，令所述正方形一条对角线与所述中心平面重合或成45°设置。

进一步地，在所述线路板上设置供所述陶瓷天线的馈电针贯穿的金属化孔，并在所述线路板与所述陶瓷天线安装面相对的底面上设置焊盘结构，令所述金属化孔与所述焊盘结构电连接。

通过上述技术方案，本发明的有益效果是：

本发明中小型化多频天线的各陶瓷天线可覆盖多个频段，相互影响较小的频段堆叠设置，天线叠层的天线频段带宽窄，频段高，频率间隔大，所以天线尺寸小，有效的减少了天线面积，将波段有严重干涉的频段独立设置，可保证较好的隔离性，且通过独立设置的陶瓷天线侧面金属层的设置，可有效提升天线的辐射范围，长条天线频率低，带宽宽，可达60MHz，通过上述设置形式有效提升各频段的低仰角增益。同时本发明中还请求保护小型化多频天线设置的方法，具有同样的技术效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为小型化多频天线的结构示意图；

图2为图1的俯视图；

图3为陶瓷天线的侧视图；

图4为图2中堆叠设置的各陶瓷天线转动45°后的示意图；

图5为线路板的结构示意图；

图6为小型化多频天线的剖视图；

图7为辐射贴片层和金属层连接处的示意图（包括局部放大图）；

图8为图7中结构的加工过程示意图；

图9为多频天线的频段对应示意图；

图10为B2B3频段增益；

图11为L频段增益；

图12为S频段增益；

附图标记：1、线路板；11、金属化孔；2、陶瓷天线；2-1、第一堆叠天线；2-2、第二堆叠天线；2-3、独立天线；21、金属反射层；22、陶瓷介质层；23、辐射贴片层；3、侧面；4、中心平面；5、金属层；6、馈电针；7、连接单元；71、中部弯折片；72、引脚。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

在本发明的描述中，需要说明的是，属于“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或者位置关系为基于附图所示的方位或者位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体式连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接连接，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。本实施例采用递进的方式撰写。

如图1和2所示，一种小型化多频天线，包括线路板1，还包括设置于线路板1上的以下结构：相对于线路板1自下而上堆叠设置且频段不同的至少两个陶瓷天线2，堆叠设置的陶瓷天线2的顶面和底面均为正方形，本实施例中以两个陶瓷天线2堆叠设置为例，自下而上分别命名为第一堆叠天线2-1和第二堆叠天线2-2；独立设置的至少一个陶瓷天线2，本实施例中以设置一个独立的陶瓷天线2为例，其顶面和底面均为长方形，本实施例中命名其为独立天线2-3；堆叠设置的各陶瓷天线2的中心线重合，且与独立设置的陶瓷天线短边两侧侧面3的中心平面4共面，两侧侧面3上覆盖有金属层5，常规的圆极化天线为正方体，但本申请中独立天线2-3短边和长边差异很大，圆极化模式难以形成，因此，设置金属层5弥补了较短一侧介质的长度。

本发明中小型化多频天线的各陶瓷天线2可覆盖多个频段，相互影响较小的频段堆叠设置，有效的减少了天线面积，将波段有严重干涉的频段独立设置，可保证较好的隔离性，且通过独立设置的陶瓷天线2的侧面3上金属层5的设置，可有效提升天线的辐射范围，通过上述设置形式有效提升各频段的低仰角增益。

作为上述实施例的优选，如图3所示，陶瓷天线2自下而上依次包括金属反射层21、陶瓷介质层22和辐射贴片层23，各层级的厚度范围根据实际需要设定，天线信号的频率越低，天线单元的布线越长，所占用的空间越多，因此，本实施例中将频率较低占用空间较大的第一堆叠天线2-1设置于底层，而将频率较高占用空间较小的第二堆叠天线2-2设置于顶层。

其中，独立设置的陶瓷天线2的辐射贴片层23与两侧侧面3的金属层5连接，此种方式可使得圆极化效果更优，且相对于不连接的方式可提高陶瓷天线2的结构整体性，从而增加结构强度，但金属材料的热膨胀系数大于陶瓷材料的热膨胀系数，因此在二者粘接或者焊接后，均因为收缩率的不同而容易发生连接部分的缺陷，具体到上述实施例中，虽然通过连接的辐射贴片层23和金属层5的收缩可包保证与陶瓷材料的紧密贴合，但是由于连接的金属层面的面积较大，当收缩的程度从连接处传递至金属层面的边缘时，则容易造成边缘连接失效的问题，因此，作为上述问题的改进，如图7所示，虚线表示上部的辐射贴片层23与下部的金属层5的90度弯折线，辐射贴片层23与金属层5的连接处包括沿陶瓷介质层22棱边方向并列的若干连接单元7，连接单元7包括中部弯折片71、和关于90度弯折线对称设置且与中部弯折片71连接的两组引脚，每组引脚包括成喇叭状发散的两引脚72，通过中部弯折片71的设置，可通过较大的面积实现对陶瓷介质层22边缘的包覆和保护，而成喇叭状发散的引脚72可通过自身的弯曲程度对金属在收缩过程中的形变进行缓冲，从而降低金属层面边缘的收缩量，保证金属结构与陶瓷介质层22各处的连接效果。另外，在上述优选方案中，各个引脚72间的间隙还可起到散热的目的，在金属材料与陶瓷介质层22热连接的过程中，可提高连接层面整体的散热均匀性，尤其在陶瓷介质层22的棱边处，避免因热应力而导致的局部损伤。

在保证堆叠设置的各陶瓷天线2的中心线重合，且与独立设置的陶瓷天线短边两侧侧面3的中心平面4共面的前提下，本发明中具有以下两种实施方式：

方式一：如图2所示，正方形一条对角线与中心平面成45°；

方式二：如图4所示，正方形一条对角线与中心平面重合。

作为上述实施例的优选，如图5和6所示，线路板1上设置有供陶瓷天线2的馈电针6贯穿的金属化孔11，线路板1在与陶瓷天线2安装面相对的底面上设置有焊盘结构，金属化孔11与焊盘结构电连接，连接器等也设置于焊盘结构所在一侧。为了适应上述的方式一和方式二，可在线路板1上将与底层的陶瓷天线2馈电针6对应的金属化孔设置为弧形结构，从而增加线路板1的通用性，使得堆叠设置的各陶瓷天线2可直接在同一型号的线路板1上通过转动的方式而实现角度的变化，上述角度的变化并不影响与金属化孔11的连接性，当然顶层的陶瓷天线2的馈电针6需要设置在中心线上，从而保证转动过程中的中心不变。

该天线主要应用于北斗系统的圆极化天线，如图9~12所示，同时覆盖北斗一代收发L和S频段、北斗三代B2和B3频段，可用于手持终端，陶瓷介质介电常数和损耗特性稳定，加工工艺成熟，成本较低。

一种小型化多频天线设置的方法，包括：在线路板1上堆叠设置至少两个陶瓷天线2，陶瓷天线2的顶面和底面均为正方形；在线路板1上独立设置至少一个陶瓷天线2，陶瓷天线2的顶面和底面均为长方形；令堆叠设置的各陶瓷天线2的中心线重合设置，且与独立设置的陶瓷天线2短边两侧侧面3的中心平面4共面，并在两侧侧面3上覆盖金属层5。

通过上述方法，使得本发明中的小型化多频天线的各陶瓷天线2可覆盖多个频段，相互影响较小的频段堆叠设置，有效的减少了天线面积，将波段有严重干涉的频段独立设置，可保证较好的隔离性，且通过独立设置的陶瓷天线2的侧面3上金属层5的设置，可有效提升天线的辐射范围，通过上述设置形式有效提升各频段的低仰角增益。具体的实施方式可参见图1~4，此处不再赘述。

在实施过程中，将各陶瓷天线2均自下而上依次设置金属反射层21、陶瓷介质层22和辐射贴片层23，其中，令独立设置的陶瓷天线2的辐射贴片层23与两侧侧面3的金属层5连接，如图7所示，虚线表示上部的辐射贴片层23与下部的金属层5的90度弯折线，在辐射贴片层23与金属层5的连接处设置沿陶瓷介质层22棱边方向并列的若干连接单元7，而针对连接单元7设置中部弯折片71、和关于90度弯折线对称设置且与中部弯折片71连接的两组引脚，每组引脚包括成喇叭状发散的两引脚72，上述设置的技术效果如上所示，此处不再赘述。

作为上述实施例的优选，如图 8所示，连接单元7通过以下步骤获得：

步骤一：如图8上部所示，在金属片材上通过冲压的方式去除并列设置的若干长方体材料而形成贯通孔位；

步骤二：如图8中部所示，将各贯通孔位之间的连接带两两挤压贴合；

步骤三：如图8下部所示，对两连接带的连接处进行挤压，形成片状结构和与片状结构连接的四个引脚72，其中，片状结构弯折90度后即获得中部弯折片71。

通过上述工艺获得连接单元7可使得中部弯折片71获得较小的厚度，从而在保证辐射贴片层23与金属层5连接有效的同时增加与陶瓷介质层22的贴合面积，提高贴合性，同时较小的厚度也更加适于散热，进一步避免陶瓷介质层22棱边处热应力的产生，而通过上述连接带两两贴合的方式可自然地获得成喇叭状发散的引脚71，从而形成缓冲结构。

在保证堆叠设置的各陶瓷天线2的中心线重合，且与独立设置的陶瓷天线短边两侧侧面3的中心平面4共面的前提下，本实施例中具有以下两种方式：

方式一：如图2所示，正方形一条对角线与中心平面成45°；

方式二：如图4所示，正方形一条对角线与中心平面重合。

如图5和6所示，在线路板1上设置供陶瓷天线2的馈电针6贯穿的金属化孔11，并在线路板1与陶瓷天线2安装面相对的底面上设置焊盘结构，令金属化孔与焊盘结构电连接。上述设置方式转变的过程中，可始终保证独立设置的陶瓷天线2的位置的稳定性，而对堆叠设置的陶瓷天线2进行角度的变化，且在角度变化过程中，以各正方形的中心为转动点，为了适应上述的方式一和方式二，本实施例中，可在线路板1上将底层各陶瓷天线2的馈电针6的金属化孔设置为弧形结构，从而增加线路板1的通用性，使得堆叠设置的各陶瓷天线2可直接在同一型号的线路板1上通过转动的方式而实现角度的变化，上述角度的变化并不影响与金属化孔11的连接性。

本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (7)

1.一种小型化多频天线，包括线路板，其特征在于，还包括设置于所述线路板上的以下结构：

相对于所述线路板自下而上堆叠设置且频段不同的至少两个陶瓷天线，堆叠设置的所述陶瓷天线的顶面和底面均为正方形；

独立设置的至少一个陶瓷天线，独立设置的所述陶瓷天线的顶面和底面均为长方形；

堆叠设置的各所述陶瓷天线的中心线重合，且与独立设置的所述陶瓷天线顶面和底面长边所在两侧侧面的中心平面共面，所述中心平面与所述侧面平行，两侧所述侧面上覆盖有金属层；

堆叠设置的各所述陶瓷天线和独立设置的所述陶瓷天线均自下而上依次包括金属反射层、陶瓷介质层和辐射贴片层；

独立设置的所述陶瓷天线的辐射贴片层与两侧侧面的金属层连接；

辐射贴片层与金属层的连接处包括沿陶瓷介质层棱边方向并列的若干连接单元，所述连接单元包括中部弯折片、和关于90度弯折线对称设置且与中部弯折片连接的两组引脚，每组引脚包括成喇叭状发散的两引脚。

2.根据权利要求1所述的小型化多频天线，其特征在于，所述正方形一条对角线与所述中心平面重合或与所述中心平面成45°。

3.根据权利要求1所述的小型化多频天线，其特征在于，所述线路板上设置有供所述陶瓷天线的馈电针贯穿的金属化孔，所述线路板在与所述陶瓷天线安装面相对的底面上设置有焊盘结构，所述金属化孔与所述焊盘结构电连接。

4.一种小型化多频天线设置的方法，其特征在于，包括：

在线路板上堆叠设置至少两个陶瓷天线，堆叠设置的所述陶瓷天线的顶面和底面均为正方形；

在线路板上独立设置至少一个陶瓷天线，独立设置的所述陶瓷天线的顶面和底面均为长方形；

令堆叠设置的各所述陶瓷天线的中心线重合设置，且与独立设置的所述陶瓷天线顶面和底面长边所在两侧侧面的中心平面共面，所述中心平面与所述侧面平行，并在两侧所述侧面上覆盖金属层；

将堆叠设置的各所述陶瓷天线和独立设置的所述陶瓷天线均自下而上依次设置金属反射层、陶瓷介质层和辐射贴片层；

令独立设置的所述陶瓷天线的辐射贴片层与两侧侧面的所述金属层连接；

在辐射贴片层与金属层的连接处设置沿陶瓷介质层棱边方向并列的若干连接单元，而针对连接单元设置中部弯折片、和关于90度弯折线对称设置且与中部弯折片连接的两组引脚，每组引脚包括成喇叭状发散的两引脚。

5.根据权利要求4所述的小型化多频天线设置的方法，其特征在于，令所述正方形一条对角线与所述中心平面重合或成45°设置。

6.根据权利要求4所述的小型化多频天线设置的方法，其特征在于，在所述线路板上设置供所述陶瓷天线的馈电针贯穿的金属化孔，并在所述线路板与所述陶瓷天线安装面相对的底面上设置焊盘结构，令所述金属化孔与所述焊盘结构电连接。

7.根据权利要求4所述的小型化多频天线设置的方法，其特征在于，所述连接单元通过以下步骤获得：

步骤一：在金属片材上通过冲压的方式去除并列设置的若干长方体材料而形成贯通孔位；

步骤二：将各所述贯通孔位之间的连接带两两挤压贴合；

步骤三：对两连接带的连接处进行挤压，形成片状结构和与片状结构连接的四个所述引脚，其中，所述片状结构弯折90度后即获得所述中部弯折片。

Images