CN205811060U - 一种定向天线装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种定向天线装置，属于通信技术领域。该装置包括：信号源、匹配切换单元、感性调谐器件、多条微带线以及多个天线辐射单元，信号源的信号收发端与匹配切换单元的第一端连接，以通过匹配切换单元调整定向天线装置所在设备的工作频率，匹配切换单元的第二端与感性调谐器件的一端连接，感性调谐器件的另一端通过多条微带线中的至少一条微带线与多个天线辐射单元中的每个天线辐射单元分别连接，其中，多个天线辐射单元与感性调谐器件之间连接的微带线的长度之差均为预设工作频率在PCB介质上对应波长的整数倍，以实现多个天线辐射单元中每个天线辐射单元上收发信号的相位相同，从而增加某个特定方向上的增益，即加强信号的发射和接收。

Description

一种定向天线装置

技术领域

本实用新型涉及通信技术领域，特别涉及一种定向天线装置。

背景技术

随着通信技术的快速发展，无线通信已逐渐成为用户通信的主流。目前，用户不仅可以通过诸如手机等之类的设备进行无线通信，在某些情况下，还可以通过诸如智能手表等之类的小型化设备进行无线通信。其中，在通过该类小型化设备进行无线通信时，为了实现对信号的发射与接收，需要在该小型化设备中配置天线装置。

在现有技术中，对于该类小型化设备，大多数采用的是全向单天线装置，其中，该全向单天线装置中包括一个天线辐射单元，通过该天线辐射单元，该全向单天线装置可以实现360度电磁波辐射，也即是，该全向单天线装置对电磁波的辐射方向是全向的。

然而，由于全向单天线装置的辐射方向是全向的，因此，导致该全向单天线装置的辐射强度分散在各个方向上，即辐射强度不集中，如此，容易影响该类小型化设备对信号的发射与接收。

实用新型内容

为了解决现有技术中的问题，本实用新型提供了一种定向天线装置。所述技术方案如下：

所述装置包括：信号源、匹配切换单元、感性调谐器件、多条微带线以及多个天线辐射单元；

所述信号源的信号收发端与所述匹配切换单元的第一端连接，以通过所述匹配切换单元调整所述定向天线装置所在设备的工作频率；

所述匹配切换单元的第二端与所述感性调谐器件的一端连接，所述感性调谐器件的另一端通过所述多条微带线中的至少一条微带线与所述多个天线辐射单元中的每个天线辐射单元分别连接；

其中，所述多个天线辐射单元与所述感性调谐器件之间连接的微带线的长度之差均为预设工作频率在印刷电路板PCB介质上对应波长的整数倍，以实现所述多个天线辐射单元中每个天线辐射单元上收发信号的相位相同。

可选地，所述匹配切换单元包括：多个第一匹配器件、第二匹配器件、第三匹配器件以及开关选通器件；

所述开关选通器件的输入端和所述第二匹配器件的一端分别与所述信号源的信号收发端连接，所述开关选通器件的多个选通端与所述多个第一匹配器件的一端分别一一连接；

所述开关选通器件的驱动端与所述定向天线装置所在的设备的中央处理器CPU连接，以接收所述CPU发送的控制信号，从所述多个第一匹配器件中选择所述开关选通器件的接通状态，来实现调整所述定向天线装置所在设备的工作频率；

所述多个第一匹配器件的另一端均接地；

所述第二匹配器件的另一端与所述第三匹配器件的一端和所述感性调谐器件的一端分别连接，所述第三匹配器件的另一端接地。

可选地，所述多个第一匹配器件、所述第二匹配器件以及所述第三匹配器件均为电容或电感。

可选地，所述定向天线装置所在的设备为腕带设备，所述多个天线辐射单元分别配置在所述腕带设备的设备本体的四个角，且所述多个天线辐射单元之间通过所述多条微带线并联连接。

可选地，所述定向天线装置所在的设备为腕带设备，所述多个天线辐射单元中的第一预设数量的天线辐射单元分别配置在所述腕带设备的腕带上，以及所述多个天线辐射单元中的第二预设数量的天线辐射单元分别配置在所述腕带设备的设备本体上，且所述多个天线辐射单元中的每个天线辐射单元之间通过一条微带线串联连接。

可选地，所述多个天线辐射单元的总个数为2的指数倍。

可选地，所述感性调谐器件包括绕线电感装置或者陶瓷天线器件装置。

本实用新型提供的技术方案的有益效果是：

本实用新型提供的定向天线装置中，信号源的信号收发端与匹配切换单元的第一端连接，以通过该匹配切换单元，动态调整该定向天线装置中的电容或电感值，从而调整该定向天线装置所在设备的工作频率，使得该定向天线装置所在的设备可以工作在不同类型的网络中。并且，该匹配切换单元的第二端与该感性调谐器件的一端连接，其中，通过在该定向天线装置添加该感性调谐器件，可以实现该天线辐射单元的小型化设计，也即是，通过添加该感性调谐器件，可以补偿天线辐射单元变小所引起的阻抗失配的问题。另外，该感性调谐器件的另一端通过该多条微带线中的至少一条微带线与该多个天线辐射单元中的每个天线辐射单元分别连接，其中，该多个天线辐射单元与该感性调谐器件之间连接的微带线的长度之差均为预设工作频率在印刷电路板PCB介质上对应波长的整数倍，以实现该多个天线辐射单元中每个天线辐射单元上收发信号的相位相同，如此，使得该定向天线装置在某个特定方向上的辐射强度增加，也即是，增加该定向天线装置在某个特定方向上的增益，从而提高该定向天线装置对信号发射和接收的性能。

附图说明

图1是本实用新型实施例提供的一种定向天线装置的结构示意图；

图2是本实用新型实施例提供的一种匹配切换单元的结构示意图；

图3是本实用新型实施例提供的另一种定向天线装置的结构示意图；

图4是本实用新型实施例提供的另一种定向天线装置的结构示意图；

图5(a)是本实用新型实施例提供的一种全向单天线的覆盖效果示意图；

图5(b)是本实用新型实施例提供的一种定向天线装置的覆盖效果示意图；

图6是本实用新型实施例提供的另一种覆盖效果对比示意图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

11：信号源；12：匹配切换单元；13：感性调谐器件；14：微带线；15：天线辐射单元；121：第一匹配器件；122：第二匹配器件；123：第三匹配器件；124：开关选通器件；31：腕带设备的设备本体；41：腕带设备的腕带；42：腕带设备的设备本体。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型实施方式作进一步地详细描述。

图1是本实用新型实施例提供的一种定向天线装置的结构示意图。请参考图1，该装置包括：信号源11、匹配切换单元12、感性调谐器件13、多条微带线14以及多个天线辐射单元15，该信号源11的信号收发端与该匹配切换单元12的第一端连接，以通过该匹配切换单元12调整该定向天线装置所在设备的工作频率，该匹配切换单元12的第二端与该感性调谐器件13的一端连接，该感性调谐器件13的另一端通过该多条微带线14中的至少一条微带线与该多个天线辐射单元15中的每个天线辐射单元15分别连接，其中，该多个天线辐射单元15与该感性调谐器件13之间连接的微带线的长度之差均为预设工作频率在PCB(PrintedCircuit Board，印刷电路板)介质上对应波长的整数倍，以实现该多个天线辐射单元15中每个天线辐射单元15上收发信号的相位相同。

在本实用新型实施例中，提供了一种定向天线装置，该定向天线装置在现有的全向单天线的基础上，使用天线阵的设计形式，改变该定向天线装置的极化辐射形式，增加该定向天线装置在某特定方向上的增益。其中，该定向天线装置可以应用于小型化设备中，例如，该小型化设备可以包括腕带设备等。

其中，在该定向天线装置中，请参考图2，该匹配切换单元12包括：多个第一匹配器件121、第二匹配器件122、第三匹配器件123以及开关选通器件124，该开关选通器件124的输入端和该第二匹配器件122的一端分别与该信号源的信号收发端连接，该开关选通器件124的多个选通端与该多个第一匹配器件121的一端分别一一连接，该开关选通器件124的驱动端与该定向天线装置所在的设备的CPU(Central Processing Unit，中央处理器)连接，以接收该CPU发送的控制信号，从该多个第一匹配器件121中选择该开关选通器件124的接通状态，来实现调整该定向天线装置所在设备的工作频率，该多个第一匹配器件121的另一端均接地，该第二匹配器件122的另一端与该第三匹配器件123的一端和该感性调谐器件的一端分别连接，该第三匹配器件123的另一端接地。其中，该开关选通器件124的驱动端对应于该图2中开关选通器件124的CTL(Control Terminal，供电控制端)。

其中，上述多个第一匹配器件121、该第二匹配器件122以及该第三匹配器件123均为电容或电感。

在本实用新型实施例中，该信号源11可以用于发射或接收信号，请参见图2，当该信号源11发射信号时，该信号从该信号源11的信号收发端发射出来后，经过该第二匹配器件122和该感性调谐器件13到达该多个天线辐射单元15中的每个天线辐射单元15，并通过该多个天线辐射单元15发射出去，其中，图2仅是示例性的示出了一个天线辐射单元15，在实际实现时，包括多个天线辐射单元15。与上述同理，当该信号源11接收信号时，在实现过程中，该多个天线辐射单元15接收该信号后，该信号经过该第二匹配器件122和该感性调谐器件13到达该信号源11。

在本实用新型实施例中，为了使得该定向天线装置所在的设备的工作频率不同，即改变该定向天线装置的谐振频点，也即是，为了使得该定向天线装置所在的设备可以通过接入不同网络，来发射或接收信号，本实用新型实施例中提供了上述匹配切换单元12。在这里，为了便于后续的理解，在对该匹配切换单元12的工作原理进行介绍之前，先对为何通过匹配切换单元12可以调整该定向天线装置所在的设备的工作频率进行介绍，具体地，请参见如下公式1：

(L₁+L₂)*(C₁+C₂)*(2πf)^2＝1 (1)

其中，L₁包括每个天线辐射单元15自身的感值和感性调谐器件13的感值，C₁为每个天线辐射单元15自身的容值和感性调谐器件13的容值，f为上述工作频率，L₂和C₂则需要通过匹配切换单元12来确定，也即是，通过调整该L₂和C₂中的至少一个，可以使得该工作频率f不同，即实现调整该定向天线装置所在的设备的工作频率。

其中，在一种可能的实现方式中，该L₂和C₂中的其中一个值可以为零，当该L₂值为零时，说明需要通过该匹配切换单元12调整该C₂值来改变该f值，当该C₂值为零时，说明需要通过该匹配切换单元12调整该L₂值来改变该f值，当然，当该L₂和C₂均不为零时，说明需要通过该匹配切换单元12同时调整该L₂值和该C₂值来改变该f值。

其中，请继续参考图2，该匹配切换单元12的具体实现过程包括：该匹配切换单元12与该定向天线装置所在的设备的CPU连接，这里未标出CPU，在实际实现过程中，该定向天线装置所在的设备的CPU根据该设备所接入的网络类型，确定需要向该开关选通器件124发送什么控制信号，例如，在一种可能的实现方式中，该控制信号可以为“1”或“0”，当该设备接入GPS网络时，该控制信号可以为“1”，当该设备接入北斗网络时，该控制信号则可以为“0”。

之后，该开关选通器件124接收该CPU发送的控制信号，并从该多个选通端中选择该控制信号对应的选通端，以选择该开关选通器件124的接通状态，也即是，根据该开关选通器件124中所选择的选通端不同，该匹配切换单元12所处的电路不同，该匹配切换单元12所确定的电容或电感值也就不同，如此，即可使得该工作频率f不同，即实现调整该定向天线装置所在的设备的工作频率，也即是，实现了该定向天线装置的多频覆盖。

需要说明的是，图2仅是示出了该开关选通器件124包括两个选通端，在实际实现过程中，该开关选通器件124包括多个选通端。

在本实用新型实施例中，如前文所述，由于该定向天线装置主要应用于小型化设备中，因此，在实际设计过程中，对该定向天线装置具有小型化、轻型化设计需求，为此，在该定向天线装置中，需要限制该多个天线辐射单元15中的每个天线辐射单元15的大小，也即是，需要限制该多个天线辐射单元15中的每个天线辐射单元15的长度。但是，在实际实现过程中，当该天线辐射单元15的长度减小时，天线辐射单元15自身的电感值也会随之减小，如上述公式(1)所述，该L₁值会减小，为此，为了补偿天线辐射单元15的长度的减小所引起的阻抗失配问题，在本实用新型实施例中，在该定向天线装置中配置了该感性调谐器件13，其中，该感性调谐器件13可以包括绕线电感装置、或者陶瓷天线器件装置等，具有电感值较大、体积大等特点。

需要说明的是，在本实用新型实施例中，仅是以该感性调谐器件13可以包括绕线电感装置、或者陶瓷天线器件装置为例进行说明，在另一实施例中，该感性调谐器件13还可以是其它器件或装置，本实用新型实施例对此不做限定。

在本实用新型实施例中，为了使得该定向天线装置在某个特定方向上实现高增益，上述多个天线辐射单元15与该感性调谐器件13之间连接的微带线的长度之差均为预设工作频率在PCB介质上对应波长的整数倍，如此，可以使得该多个天线辐射单元15中每个天线辐射单元15上收发信号的相位相同，在这种情况下，由于每个天线辐射单元15的辐射方向是全向的，因此，当该多个天线辐射单元15中每个天线辐射单元15上收发信号的相位相同时，在某个特定方向上的辐射强度就会叠加增大，从而使得该定向天线装置在某个特定方向上实现高增益。其中，上述特定方向通常是指正面朝天的方向，如GPS网络需要的增益是朝天的卫星方向。

其中，该预设工作频率可以由技术人员根据实际需求自定义设置，该预设工作频率可以根据该定向天线所在的设备可以接入的多个网络的频段确定，例如，若该定向天线所在的设备可以接入的网络包括GPS网络和北斗网络，则由于该GPS网络的工作频段为1575MHz，而该北斗网络的工作频段为1561MHz，因此，该预设工作频率可以设置为1500MHz。

需要说明的是，在本实用新型实施例中，仅是以通过开关选通器件124实现该匹配切换单元中多路切换为例进行说明，在另一实施例中，还可以通过其它器件实现该匹配切换单元中的多路切换，例如，在一种可能的实现方式中，还可以通过可调谐电容等电路匹配调谐器件来实现匹配切换单元中的多路切换，本实用新型实施例对此不作限定。

另外，需要说明的，在本实用新型实施例中，仅是以多个天线辐射单元15与该感性调谐器件13之间连接的微带线的长度之差均为预设工作频率在PCB介质上对应波长的整数倍为例进行说明，在另一实施例中，该多个天线辐射单元15与该感性调谐器件13之间连接的微带线的长度还可以由技术人员根据该定向天线装置最大辐射方向的具体需求进行设计，本实用新型实施例对此不做限定。

在本实用新型实施例中，请参考图3，该图3示出了本实用新型实施例提供的另一种定向天线装置的结构示意图。该定向天线装置所在的设备为腕带设备，该多个天线辐射单元15分别配置在该腕带设备的设备本体31的四个角，且该多个天线辐射单元15之间通过该多条微带线14并联连接。

在本实用新型实施例中，请参考图4，该图4示出了本实用新型实施例提供的另一种定向天线装置的结构示意图。该定向天线装置所在的设备为腕带设备，该多个天线辐射单元15中的第一预设数量的天线辐射单元15分别配置在该腕带设备的腕带41上，以及该多个天线辐射单元15中的第二预设数量的天线辐射单元15分别配置在该腕带设备的设备本体42上，且该多个天线辐射单元15中的每个天线辐射单元15之间通过一条微带线14串联连接。

其中，第一预设数量可以由技术人员根据实际需求自定义设置，同理，该第二预设数量也可以由技术人员根据实际需求自定义设置，本实用新型实施例对此不做限定。

其中，在上述图3和图4提供的两种实现方式中，为了避免该腕带设备自身配置的金属器件对该定向天线装置的辐射方向和辐射强度的影响，该多个天线辐射单元15尽量位于该腕带设备的非金属区域，以远离对该定向天线装置所辐射的电磁波具有吸收作用的金属器件。另外，在该腕带设备中，该多个天线辐射单元15应尽量远离人体方向，以减小人体对该定向天线装置所辐射的电磁波的吸收。

需要说明的是，对于该多个天线辐射单元15来说，无论是并联连接，还是串联连接，其达到的效果均是一样的，也即是，并联连接和串联连接均不影响该天线辐射单元15对信号的发射和接收。

在本实用新型实施例中，为了提高该定向天线装置的性能，该定向天线装置中的多个天线辐射单元15的总个数可以由技术人员根据实际需求进行适当地调整。通常情况下，该多个天线辐射单元15的总个数为2的指数倍，当该多个天线辐射单元15的总个数为2的指数倍时，可以使得该定向天线装置的极化性能达到最佳。

需要说明的是，在本实用新型实施例中，仅是以该多个天线辐射单元15的总个数为2的指数倍为例进行说明，在另一实施例中，该多个天线辐射单元15的总个数还可以为其它数值，本实用新型实施例对此不做限定。

请参考图5，图5是本实用新型实施例提供的一种覆盖效果对比示意图，其中，图5(a)示出了全向单天线的覆盖效果示意图，由此可以看出，全向单天线的覆盖方向为全向，图5(b)示出了定向天线装置的覆盖效果示意图，由此可见，本实用新型提供的定向天线装置呈定向覆盖，即将天线增益分为冲上方向的主波瓣和其它方向的副波瓣，其中主波瓣在特定方向的增益较强。图6是本实用新型实施例提供的另一种覆盖效果对比示意图，与全向天线相比较，主波瓣方向增益有了明显的提升，如阴影区域所示。

在本实用新型实施例中，信号源的信号收发端与匹配切换单元的第一端连接，以通过该匹配切换单元，动态调整该定向天线装置中的电容或电感值，从而调整该定向天线装置所在设备的工作频率，使得该定向天线装置所在的设备可以工作在不同类型的网络中。并且，该匹配切换单元的第二端与该感性调谐器件的一端连接，其中，通过在该定向天线装置添加该感性调谐器件，可以实现该天线辐射单元的小型化设计，也即是，通过添加该感性调谐器件，可以补偿天线辐射单元变小所引起的阻抗失配的问题。另外，该感性调谐器件的另一端通过该多条微带线中的至少一条微带线与该多个天线辐射单元中的每个天线辐射单元分别连接，其中，该多个天线辐射单元与该感性调谐器件之间连接的微带线的长度之差均为预设工作频率在印刷电路板PCB介质上对应波长的整数倍，以实现该多个天线辐射单元中每个天线辐射单元上收发信号的相位相同，如此，使得该定向天线装置在某个特定方向上的辐射强度增加，也即是，增加该定向天线装置在某个特定方向上的增益，从而提高该定向天线装置对信号发射和接收的性能。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种定向天线装置，其特征在于，所述装置包括：信号源、匹配切换单元、感性调谐器件、多条微带线以及多个天线辐射单元；

所述信号源的信号收发端与所述匹配切换单元的第一端连接，以通过所述匹配切换单元调整所述定向天线装置所在设备的工作频率；

所述匹配切换单元的第二端与所述感性调谐器件的一端连接，所述感性调谐器件的另一端通过所述多条微带线中的至少一条微带线与所述多个天线辐射单元中的每个天线辐射单元分别连接；

其中，所述多个天线辐射单元与所述感性调谐器件之间连接的微带线的长度之差均为预设工作频率在印刷电路板PCB介质上对应波长的整数倍，以实现所述多个天线辐射单元中每个天线辐射单元上收发信号的相位相同。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述匹配切换单元包括：多个第一匹配器件、第二匹配器件、第三匹配器件以及开关选通器件；

所述开关选通器件的输入端和所述第二匹配器件的一端分别与所述信号源的信号收发端连接，所述开关选通器件的多个选通端与所述多个第一匹配器件的一端分别一一连接；

所述开关选通器件的驱动端与所述定向天线装置所在的设备的中央处理器CPU连接，以接收所述CPU发送的控制信号，从所述多个第一匹配器件中选择所述开关选通器件的接通状态，来实现调整所述定向天线装置所在设备的工作频率；

所述多个第一匹配器件的另一端均接地；

所述第二匹配器件的另一端与所述第三匹配器件的一端和所述感性调谐器件的一端分别连接，所述第三匹配器件的另一端接地。

3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述多个第一匹配器件、所述第二匹配器件以及所述第三匹配器件均为电容或电感。

4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述定向天线装置所在的设备为腕带设备，所述多个天线辐射单元分别配置在所述腕带设备的设备本体的四个角，且所述多个天线辐射单元之间通过所述多条微带线并联连接。

5.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述定向天线装置所在的设备为腕带设备，所述多个天线辐射单元中的第一预设数量的天线辐射单元分别配置在所述腕带设备的腕带上，以及所述多个天线辐射单元中的第二预设数量的天线辐射单元分别配置在所述腕带设备的设备本体上，且所述多个天线辐射单元中的每个天线辐射单元之间通过一条微带线串联连接。

6.如权利要求1-5任一所述的装置，其特征在于，所述多个天线辐射单元的总个数为2的指数倍。

7.如权利要求1-5任一所述的装置，其特征在于，所述感性调谐器件包括绕线电感装置或者陶瓷天线器件装置。