CN209641829U - 多频多模组合天线 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种多频多模组合天线，该多频多模组合天线包括第一天线、第二天线和第三天线，所述第一天线采用套筒单极子天线结构，所述第二天线和第三天线均采用末端短路的四臂螺旋天线结构；所述第一天线、第二天线和第三天线共轴设置，所述第一天线位于所述第二天线和第三天线的上方，所述第二天线和第三天线内外共轴设置且两者的螺旋方向相反，所述第二天线位于内侧并与所述第一天线连接。本实用新的多频多模组合天线天线性能优良，能实现多模多频段覆盖，且各天线之间隔离度高、互扰低；同时，结构简单，易于加工，满足工程化应用的需要。

Description

多频多模组合天线

技术领域

本实用新型涉及通信领域，更具体地说，涉及一种多频多模组合天线。

背景技术

在卫星通信领域，能同时支持BD/GPS定位功能、S波段卫星通讯及数据传输功能以及WIFI局域网通信功能的多频多模移动终端有很大的市场需求，特别是在便携移动终端设备中。同时，随着产品的小型化发展趋势，多频多模天线的小型化设计难度越来越大，产品竞争力则越来越强。但是，目前已有多频多模天线的组合技术方案存在着：尺寸过大，天线之间隔离度差，互扰强，以及不易加工、工程实用性差等缺点。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题在于，提供一种改进的多频多模组合天线。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种多频多模组合天线，所述多频多模组合天线包括第一天线、第二天线和第三天线，所述第一天线采用套筒单极子天线结构，所述第二天线和第三天线均采用末端短路的四臂螺旋天线结构；所述第一天线、第二天线和第三天线共轴设置，所述第一天线位于所述第二天线和第三天线的上方，所述第二天线和第三天线内外共轴设置且两者的螺旋方向相反，所述第二天线位于内侧并与所述第一天线连接。

优选地，在本实用新型所述的多频多模组合天线中，所述第一天线为覆盖2.4～2.5GHZ频段的WIFI天线；所述第二天线为覆盖BD B1频段、GPS L1频段和GLONASS L1频段的定位天线；所述第三天线是发射频段为1980～2010MHZ和接收频段为2170～2200MHZ的S波段天线。

优选地，在本实用新型所述的多频多模组合天线中，所述第二天线和第三天线之间的间距为1mm～4mm。

优选地，在本实用新型所述的多频多模组合天线中，所述第二天线的高度大于所述第三天线的高度。

优选地，在本实用新型所述的多频多模组合天线中，所述第一天线包括第一短路环、立设于所述第一短路环上的单极子天线和套设在所述单极子天线外围的套筒；

所述第二天线包括第二短路环和四根等间距绕轴旋转的第一螺旋辐射臂，所述第二短路环与所述第一短路环共轴并相互连接，四根所述第一螺旋辐射臂的末端均连接所述第二短路环；

所述第三天线包括第三短路环和四根等间距绕轴旋转的第二螺旋辐射臂，所述第三短路环与所述第二短路环共轴，四根所述第二螺旋辐射臂的末端均连接所述第三短路环。

优选地，在本实用新型所述的多频多模组合天线中，所述第三短路环位于所述第二短路环的下方，且所述第三短路环的直径大于所述第二短路环的直径。

优选地，在本实用新型所述的多频多模组合天线中，所述第一短路环包括圆盘体和围设在所述圆盘体边缘的环状体，所述单极子天线的底端连接所述圆盘体，所述环状体环绕在所述单极子天线和套筒的外围；

所述圆盘体与第二短路环和第三短路环共轴，所述第二短路环连接在所述圆盘体的底部。

优选地，本实用新型所述的多频多模组合天线还包括连接所述第一天线的同轴线，所述同轴线穿过所述第二天线的轴心和第三天线的轴心并与所述第二天线和第三天线共轴。

优选地，在本实用新型所述的多频多模组合天线中，所述圆盘体的直径为24mm，所述环状体高度为6mm，所述套筒的直径为4mm，所述套筒的高度为11mm，所述单极子天线的直径为2mm，所述单极子天线的高度为35mm；和/或

所述第一螺旋辐射臂的宽度为2mm，螺旋直径为24mm，螺距为47mm，螺旋圈数为1，所述第二短路环的宽度为2mm，第二短路环的直径与第一螺旋辐射臂的螺旋直径相同；和/或

所述第二螺旋辐射臂的宽度为2mm，螺旋直径为32mm，螺距为71mm，螺旋圈数为0.5，所述第三短路环的宽度为2mm，所述第三短路环的直径与螺旋直径相同；和/或

所述同轴线的高度为49mm。

优选地，本实用新型所述的多频多模组合天线还包括位于所述第二天线和第三天线下方、分别与所述第二天线、第三天线和同轴线电连接的PCB板；

四根所述第一螺旋辐射臂的首端均与所述PCB板电连接，四根所述第二螺旋辐射臂的首端均与所述PCB板电连接。

实施本实用新型的多频多模组合天线，具有以下有益效果：

1.天线频段相互间的干扰隔离实现简单，天线设计方法合理有效：通过螺旋结构旋向的不同以及天线之间的间距实现第二天线与第三天线之间的隔离；通过增加短路环来实现第二天线与第一天线的隔离，并改善第一天线的辐射特性；其中，第一天线优选地为WIFI天线，第二天线优选地为定位天线，第三天线优选地为S波段天线；

2.可以覆盖BD B1频段、GPS L1频段及GLONASS L1频段，覆盖S波段的1980～2010MHZ及2170～2200MHZ，以及覆盖WIFI2.4～2.5GHZ频段，满足卫星定位、通信及局域网WIFI通信的需要；

3.天线性能优良，远场辐射特征和典型的单天线特征一致，且满足工程化需要；

4.本实用新型的多频多模组合天线采用一体化设计，结构简单，尺寸小，成本低，便于加工生产。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明，附图中：

图1是本实用新型多频多模组合天线的结构示意图；

图2是本实用新型多频多模组合天线中的省略第二天线和第三天线后的结构示意图；

图3是本实用新型多频多模组合天线中的第二天线与PCB板的结构示意图；

图4是本实用新型多频多模组合天线中的第三天线与PCB板的结构示意图；

图5是本实用新型多频多模组合天线的天线驻波图；

图6是本实用新型优选实施例中的定位天线与S波段天线、WIFI天线的隔离度图：

图7是本实用新型优选实施例中的定位天线的远场二维辐射方向图：

图8是本实用新型优选实施例中的S波段天线的远场二维辐射方向图：

图9是本实用新型优选实施例中的WIFI天线的远场二维辐射方向图。

具体实施方式

为了对本实用新型的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本实用新型的具体实施方式。需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，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实用新型的限制。

如图1所示，本实用新型的多频多模组合天线包括第一天线10、第二天线20和第三天线30，第一天线10采用套筒单极子天线结构，第二天线20和第三天线30均采用末端短路的四臂螺旋天线结构；第一天线10、第二天线20和第三天线30共轴设置，第一天线10位于第二天线20和第三天线30的上方，第二天线20和第三天线30内外共轴设置且两者的螺旋方向相反，第二天线20位于内侧并与第一天线10连接。其中，“第一天线10、第二天线20和第三天线30共轴设置”是指第一天线10的中轴线、第二短路环21的中轴线和第三短路环31的中轴线重合。本实用新型的多频多模组合天线能满足多频段覆盖、性能优良，且隔离度高、低互扰；结构简单、易于加工，能满足工程化应用的需要。

优选地，在本实用新型的多频多模组合天线中，第二天线20的高度大于第三天线30的高度，第二天线20和第三天线30之间的间距为1mm～4mm。可以理解的，这里所说的“第二天线20和第三天线30之间的间距”是指第二天线20和第三天线30在圆周方向上的半径差。

如图2所示，第一天线10采用套筒13单极子天线12形式，并与第二天线20共轴上下放置，该第一天线10由穿过第二天线20的轴心并与该第二天线20共轴的同轴线40馈电。优选地，第一天线10包括第一短路环11、立设于第一短路环11上的单极子天线12和套设在单极子天线12外围的套筒13。其中，第一短路环11包括圆盘体和围设在圆盘体边缘的环状体，单极子天线12的底端连接圆盘体，环状体环绕在单极子天线12和套筒13的外围，圆盘体与第二短路环21和第三短路环31共轴。

如图3所示，第二天线20包括第二短路环21和四根等间距绕轴旋转的第一螺旋辐射臂22，第二短路环21与第一短路环11共轴并相互连接，四根第一螺旋辐射臂22的末端均连接第二短路环21。具体的，第二天线20的第二短路环21连接在第一短路环11的圆盘体底部。第二天线20通过采用四臂螺旋结构形式，且其四根第一螺旋辐射臂22的末端短接第二短路环21，并与第一天线10共地，实现第二天线20与第一天线10的隔离。

如图4所示，第三天线30采用单枝节的末端短路的四臂螺旋结构并与第二天线20内外共轴放置，且两天线的结构旋向相反。该第三天线30可包括第三短路环31和四根等间距绕轴旋转的第二螺旋辐射臂32，第三短路环31与第二短路环21共轴，四根第二螺旋辐射臂32的末端均连接第三短路环31。优选地，在本实用新型的多频多模组合天线中，第三短路环31位于第二短路环21的下方，且第三短路环31的直径大于第二短路环21的直径。

如图1、图4所示，本实用新型的多频多模组合天线还包括连接第一天线10的同轴线40，同轴线40穿过第二天线20的轴心和第三天线30的轴心并与第二天线20和第三天线30共轴。可选地，同轴线40可以是硬质的半钢线、柔性cable线或者是铜管，该同轴线40的直径不限，可以为2mm。其中，同轴线40与单极子天线12共轴并连接，同轴线40的内芯给第一天线10的套筒13和单极子天线12馈电，同轴线40的外导体与第一天线10共地。

进一步地，本实用新型的多频多模组合天线还包括位于第二天线20和第三天线30下方、分别与第二天线20、第三天线30和同轴线40电连接的PCB板50；四根第一螺旋辐射臂22的首端均与PCB板50电连接，四根第二螺旋辐射臂32的首端均与PCB板50电连接。具体的，PCB板50位于组合天线的底部，该PCB板50既可以起到结构固定的作用，又可以起到放置馈电馈相电路网络的作用。优选地，PCB板50的半径为16.5mm，厚度为0.8mm，且该PCB板50的底部覆铜。

在本实用新型的优选实施例中，第一天线10为覆盖2.4～2.5GHZ频段的WIFI天线；第二天线20为覆盖BD B1频段、GPS L1频段和GLONASS L1频段的定位天线；第三天线30是发射频段为1980～2010MHZ和接收频段为2170～2200MHZ的S波段天线。其中，第一天线10的圆盘体的直径为24mm，环状体高度为6mm，套筒13的直径为4mm，套筒13的高度为11mm，单极子天线12的直径为2mm，单极子天线12的高度为35mm；和/或，第二天线20的第一螺旋辐射臂22的宽度为2mm，螺旋直径为24mm，螺距为47mm，螺旋圈数为1，第二短路环21的宽度为2mm，第二短路环21的直径与第一螺旋辐射臂22的螺旋直径相同；和/或，第三天线30的第二螺旋辐射臂32的宽度为2mm，螺旋直径为32mm，螺距为71mm，螺旋圈数为0.5，第三短路环31的宽度为2mm，第三短路环31的直径与螺旋直径相同；和/或，同轴线40的高度为49mm。

下面以第一天线10为覆盖2.4～2.5GHZ频段的WIFI天线，第二天线20为覆盖BD B1频段、GPS L1频段和GLONASS L1频段的定位天线，第三天线30是发射频段为1980～2010MHZ和接收频段为2170～2200MHZ的S波段天线为例，对本实用新型的多频多模组合天线进行性能分析。具体得到的性能分析结果如下：

(1)参阅图5所示的天线驻波图，其中，定位天线的频段覆盖1.53～1.71GHz频段，S波段天线的频段覆盖1.97～2.2GHZ频段，WIFI天线的频段覆盖2.36～2.6GHZ频段，天线驻波VSWR≤1.8，阻抗匹配良好。

(2)定位天线与S波段天线、WIFI天线的隔离：如图6所示：定位天线与S波段天线的隔离度在-10dB以下，定位天线与WIFI天线的隔离度在-20dB以下，说明该组合天线之间的隔离度高，相互干扰小。

(3)参阅图7所示定位天线的远场二维辐射方向图，定位天线在BD B1频段的顶点增益为1.33dBi，波束宽度在88°以上，水平面全向性优良，不圆度在0.5dBi以内；

定位天线在GPS L1频段的顶点增益为1.2dBi，波束宽度在88°以上，水平面全向性优良，不圆度在0.5dBi以内；

由此说明定位天线性能优良，所得到的定位天线远场辐射图是典型的四臂螺旋心形场图；同时也说明S波段天线和WIFI天线对定位天线的远场辐射几乎没有干扰。

(4)参阅图8所示的S波段天线的远场二维辐射方向图，S波段天线低频段在1990MHZ的顶点增益为5.0dBi，波束宽度在114°以上，水平面全向性优良，不圆度在0.5dBi以内；

S波段天线低频段在2180MHZ的顶点增益为2.8dBi，波束宽度在114°以上，水平面全向性优良，不圆度在0.5dBi以内；

由此说明波段天线的高频段性能优良，所得到的S波段天线远场辐射图是典型的四臂螺旋心形场图；同时也说明定位天线和WIFI天线对S波段天线的高频远场辐射几乎没有干扰。

(5)参阅图9所示的WIFI天线远场二维辐射方向图，WIFI天线在频段2440MHZ的增益为7.8dBi,水平全向辐射，说明WIFI天线性能优良，远场方向图覆盖角度广，满足工程化需求。

天线性能分析总结：1.根据该实施例的天线驻波图、隔离度图及远场辐射图可以说明本实用新型的多频多模组合天线的设计方法合理有效，具有良好的天线性能，满足工程化设计需要；2.该组合天线中的定位天线、S波段天线和WIFI天线之间的隔离度高，天线相关性小，相互之间干扰小。

综上所述，本实用新型多频多模组合天线的具有以下优势：

1.天线频段相互间的干扰隔离实现简单，天线设计方法合理有效：通过螺旋结构旋向的不同以及天线之间的间距实现第二天线20与第三天线30之间的隔离；通过增加短路环来实现第二天线20与第一天线10的隔离，并改善第一天线10的辐射特性；其中，第一天线10优选地为WIFI天线，第二天线20优选地为定位天线，第三天线30优选地为S波段天线；

2.可以覆盖BD B1频段、GPS L1频段及GLONASS L1频段，覆盖S波段的1980～2010MHZ及2170～2200MHZ，以及覆盖WIFI2.4～2.5GHZ频段，满足卫星定位、通信及局域网WIFI通信的需要；

3.天线性能优良，远场辐射特征和典型的单天线特征一致，且满足工程化需要；

4.本实用新型的多频多模组合天线采用一体化设计，结构简单，尺寸小，成本低，便于加工生产。

可以理解的，以上实施例仅表达了本实用新型的优选实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制；应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，可以对上述技术特点进行自由组合，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围；因此，凡跟本实用新型权利要求范围所做的等同变换与修饰，均应属于本实用新型权利要求的涵盖范围。

Claims (10)

1.一种多频多模组合天线，其特征在于，包括第一天线(10)、第二天线(20)和第三天线(30)，所述第一天线(10)采用套筒(13)单极子天线(12)结构，所述第二天线(20)和第三天线(30)均采用末端短路的四臂螺旋天线结构；所述第一天线(10)、第二天线(20)和第三天线(30)共轴设置，所述第一天线(10)位于所述第二天线(20)和第三天线(30)的上方，所述第二天线(20)和第三天线(30)内外共轴设置且两者的螺旋方向相反，所述第二天线(20)位于内侧并与所述第一天线(10)连接。

2.根据权利要求1所述的多频多模组合天线，其特征在于，所述第一天线(10)为覆盖2.4～2.5GHZ频段的WIFI天线；所述第二天线(20)为覆盖BD B1频段、GPS L1频段和GLONASSL1频段的定位天线；所述第三天线(30)是发射频段为1980～2010MHZ和接收频段为2170～2200MHZ的S波段天线。

3.根据权利要求1所述的多频多模组合天线，其特征在于，所述第二天线(20)和第三天线(30)之间的间距为1mm～4mm。

4.根据权利要求1所述的多频多模组合天线，其特征在于，所述第二天线(20)的高度大于所述第三天线(30)的高度。

5.根据权利要求1所述的多频多模组合天线，其特征在于，所述第一天线(10)包括第一短路环(11)、立设于所述第一短路环(11)上的单极子天线(12)和套设在所述单极子天线(12)外围的套筒(13)；

所述第二天线(20)包括第二短路环(21)和四根等间距绕轴旋转的第一螺旋辐射臂(22)，所述第二短路环(21)与所述第一短路环(11)共轴并相互连接，四根所述第一螺旋辐射臂(22)的末端均连接所述第二短路环(21)；

所述第三天线(30)包括第三短路环(31)和四根等间距绕轴旋转的第二螺旋辐射臂(32)，所述第三短路环(31)与所述第二短路环(21)共轴，四根所述第二螺旋辐射臂(32)的末端均连接所述第三短路环(31)。

6.根据权利要求5所述的多频多模组合天线，其特征在于，所述第三短路环(31)位于所述第二短路环(21)的下方，且所述第三短路环(31)的直径大于所述第二短路环(21)的直径。

7.根据权利要求5或6所述的多频多模组合天线，其特征在于，所述第一短路环(11)包括圆盘体和围设在所述圆盘体边缘的环状体，所述单极子天线(12)的底端连接所述圆盘体，所述环状体环绕在所述单极子天线(12)和套筒(13)的外围；

所述圆盘体与第二短路环(21)和第三短路环(31)共轴，所述第二短路环(21)连接在所述圆盘体的底部。

8.根据权利要求7所述的多频多模组合天线，其特征在于，还包括连接所述第一天线(10)的同轴线(40)，所述同轴线(40)穿过所述第二天线(20)的轴心和第三天线(30)的轴心并与所述第二天线(20)和第三天线(30)共轴。

9.根据权利要求8所述的多频多模组合天线，其特征在于，所述圆盘体的直径为24mm，所述环状体高度为6mm，所述套筒(13)的直径为4mm，所述套筒(13)的高度为11mm，所述单极子天线(12)的直径为2mm，所述单极子天线(12)的高度为35mm；和/或

所述第一螺旋辐射臂(22)的宽度为2mm，螺旋直径为24mm，螺距为47mm，螺旋圈数为1，所述第二短路环(21)的宽度为2mm，第二短路环(21)的直径与第一螺旋辐射臂(22)的螺旋直径相同；和/或

所述第二螺旋辐射臂(32)的宽度为2mm，螺旋直径为32mm，螺距为71mm，螺旋圈数为0.5，所述第三短路环(31)的宽度为2mm，所述第三短路环(31)的直径与螺旋直径相同；和/或

所述同轴线(40)的高度为49mm。

10.根据权利要求8所述的多频多模组合天线，其特征在于，还包括位于所述第二天线(20)和第三天线(30)下方、分别与所述第二天线(20)、第三天线(30)和同轴线(40)电连接的PCB板(50)；

四根所述第一螺旋辐射臂(22)的首端均与所述PCB板(50)电连接，四根所述第二螺旋辐射臂(32)的首端均与所述PCB板(50)电连接。