復合螺旋天線的制作方法

專利名稱：復合螺旋天線的制作方法
技術領域：
本發明涉及天線振子及天線系統，更具體地，涉及一種復合螺旋天線振子及由其構成的復合天線系統。
背景技術：
汽車上電子通訊設備的廣泛應用導致車用天線的種類日益增加，目前已經有窗玻璃式、桿式、鯊魚鰭式，等等。通常來說，頻率差別較大的應用會要求不同類型的天線。我們已知的，AM/FM無線廣播使用520KHz-1710KHz、87.5MHz_108.0MHz的頻率，地面數字電視(DTV)使用 470MHz-800MHz 的頻率，3G 移動通信 TD-SCDMA 使用 1880MHz_2400MHz 的頻率，3G移動通信WCDMA使用1940MHz-2145MHz的頻率，等等。隨著新技術的涌現，對車用天線的需求越來越多。如衛星數字音頻廣播(DAB-S)，是新一代的廣播方式，具有眾多優點，尤其適用于幅員遼闊，地形復雜的國家和地區，是將來汽車收音機的發展方向。衛星數字音頻廣播目前主要有三種形式，即歐洲尤里卡-147-DAB，工作在1452MHz-1492MHz (L頻段)；美國世廣集團(World Space)的SDARS系統，工作在L波段1467MHz_1492MHz，面向全球；美國Sirius公司與XM公司的衛星數字音頻無線電服務系統，在美國由于L波段已分配作它用，所以使用 S 波段 2310MHz-2360MHz 中的 2310MHz_2320MHz 和 2345MHz_2360MHz 兩個頻段。如上所述，越來越多的應用帶來不同類型的天線需求，眾多的天線需求使得汽車設計變得復雜與難于取舍。人們于是想到了組合天線，S卩，將多個天線組合在一個天線整體結構中。已知的，有將廣播與電視天線組合在一起的，有將移動通信與電視天線組合在一起的。授權公告號為CN201450106U的中國專利公開了一種車用多頻段整合式天線，該車用多頻段整合式天線將無線電天線、全球定位系統天線和地面無線數字電視天線整合于同一個鰭形的殼體中，而這三個天線分別通過同軸電纜與終端機連接。這種組合天線在某種程度上解決多個天線分別設置的問題，但因為是將三個天線組合在一個天線結構中，無法使體積足夠小。除了組合天線，人們還想到了復合天線，用包含多個振子的復合天線接收不同頻率段的信號。授權公告號為CN2924817Y的中國專利公開了一種螺旋天線，該天線包括有一決定第一工作頻率的第一螺旋振子、一決定第二工作頻率的線狀振子、一決定第三工作頻率的第二螺旋振子以及連接該第一螺旋振子和該第二螺旋振子的直線部分，該第一螺旋振子和該第二螺旋振子通過該直線部分將其各自的一端相連接，該第一螺旋振子的軸線和該第二螺旋振子的軸線為同一直線，且連接該第一螺旋振子的軸線和第二螺旋振子的直線部分所在的直線也與該軸線為同一直線，該線狀振子為同軸線，該線狀振子上靠近其一端的饋接點的內芯線與該第一螺旋振子的遠離第二螺旋振子一端電性連接，并且該線狀振子沿該第一螺旋振子軸線位置穿入該第一螺旋振子，該第一螺旋振子的軸向長度大于該線狀振子的長度。該技術方案的三個振子分別實現了 2.4GHz-2.5GHz,5.15GHz-5.35GHz和
5.47GHz-5.85GHz三個移動通信頻率段的接收。但該天線結構遠遠無法解決比其低得多的520KHz 1710KHz、87.5MHz_108.0MHz 頻率的 AM/FM 無線廣播信號和 470MHz_800MHz 頻率的DTV電視信號的接收，尤其是470MHz-958MHz頻率的DTV電視信號，其帶寬很寬，使用復合天線接收的難度很大。因此，如何解決同時接收從520KHZ的廣播信號到2400MHz的移動通信信號，同時進一步縮小天線的體積，降低成本，提高效率，成為人們努力的目標。公開于本發明背景技術部分的信息僅僅旨在加深對本發明總體背景技術的理解，而不應當被視為承認或以任何形式暗示該信息構成已為本領域技術人員所公知的現有技術。

發明內容
針對上述問題，本發明提供一種復合螺旋天線振子及復合天線系統，該復合螺旋天線振子及由該復合螺旋天線振子構成的復合天線系統可以使用一個天線而不是多個天線，同時接收520KHz 1710KHz、87.5MHz_108.0MHz頻率的AM/FM無線廣播信號、470MHz-800MHz頻率的DTV電視信號、1880MHz_2400MHz頻率的TD-SCDMA信號、1940MHz-2145MHz頻率的WCDMA信號、1452MHz_2360MHz的衛星數字音頻廣播信號，并將信號送到后端進行處理。因此，可以達成進一步縮小天線的體積，降低成本，提高效率的目的。為達到上述目的，本發明提供一種復合螺旋天線，其包括:雙臂螺旋天線振子、直線天線振子和單臂螺旋天線振子，所述雙臂螺旋天線振子與所述單臂螺旋天線振子的軸線相同，并同時與所述直線天線振子位于同一軸線。在上述的復合螺旋天線中，所述復合螺旋天線進一步包括連接部、支撐桿以及天線桿外套；所述連接部由導電材料構成，并與所述支撐桿連接；所述天線桿外套將所述雙臂螺旋天線振子、所述直線天線振子、所述單臂螺旋天線振子、所述連接部以及所述支撐桿包圍在其中。在上述的復合螺旋天線中，所述雙臂螺旋天線振子連接于所述連接部，并且所述單臂螺旋天線與所述直線天線振子連接并通過所述直線天線振子連接于所述連接部。在上述的復合螺旋天線中，所述雙臂螺旋天線振子和所述單臂螺旋天線振子分別以螺旋狀盤繞在所述支撐桿上，所述直線天線振子位于所述支撐桿的軸線位置。在上述的復合螺旋天線中，所述支撐桿具有軸向的凹槽，所述直線天線振子位于所述凹槽內。在上述的復合螺旋天線中，所述復合螺旋天線進一步包含磁芯。在上述的復合螺旋天線中，所述磁芯位于所述單臂螺旋天線振子的遠離直線天線振子的一端且位于所述單臂螺旋天線振子的螺旋空間內。在上述的復合螺旋天線中，所述磁芯通過所述支撐桿的遠離連接部的一端固定。在上述的復合螺旋天線中，所述雙臂螺旋天線振子的螺旋導線的線徑為
0.4-1.2mm,圈間間距為8-40mm,螺旋直徑為3-10mm,軸向長度為10_80mm。在上述的復合螺旋天線中，所述單臂螺旋天線振子的螺旋導線的線徑為
0.3-1.2mm，圈間間距為0.5_3臟，螺旋直徑為3_10mm，軸向長度為70_180mm。在上述的復合螺旋天線中，所述直線天線振子的導線線徑為0.3-1.2mm，軸向長度為 20-300mm。本發明提供的復合螺旋天線體積小，適應多個頻段的接收，接收信號的效果好，并且安裝方便。具體來說，根據本發明的技術方案，在幾個相差較遠的頻率段，可以實現用一個復合的螺旋天線接收520KHz 1710KHz、87.5MHz_108.0MHz頻率的AM/FM無線廣播信號、470MHz-958MHz頻率的DTV電視信號、1880MHz_2400MHz頻率的TD-SCDMA信號、1940MHz-2145MHz頻率的WCDMA信號、1452MHz_2360MHz的衛星數字音頻廣播信號的目的，并且具有良好的效果。通過說明書附圖以及與附圖一起用于說明本發明某些原理的具體實施方式
，本發明所具有的其它特征和優點將變得清楚或得以更為具體地說明。


圖1為本發明中的天線振子的結構示意圖。圖2為本發明中的天線振子結合有支撐桿時的結構示意圖。圖3為本發明的天線被天線桿外套包圍后的結構示意圖。圖4為本發明的天線的剖視圖。圖5為圖4中A部分的放大示意圖。圖6為圖4中B部分的放大示意圖。圖7為圖2所示實施例的另一個角度的視圖。圖8A-圖8F為本發明的天線的信號接收效果示意圖，其中:圖8A為收音頻段的史密斯圓圖。圖8B為收音頻段的駐波比圖。圖8C為數字電視DTV頻段的史密斯圓圖。圖8D為數字電視DTV頻段的駐波比圖。圖8E為3G頻段的駐波比圖。圖8F為1.5G-3G頻段的駐波比圖。應理解的是，附圖中示出的本發明的各個特征可能在一定程度上采用了簡化的方式進行表示，而不一定是嚴格按照比例繪制的。本文所公開的本發明的特定設計特征，包括例如特定尺寸、定向、位置以及形狀，將部分地根據具體應用以及使用環境而決定。在附圖中的附圖標記在全部的幾個附圖中表示本發明的相同或等效的部分。
具體實施例方式下面，將詳細說明本發明的實施例，其實例顯示在附圖和以下描述中。雖然將結合示例性的實施例描述本發明，但應當理解該描述并非要把本發明限制于該示例性的實施例。相反，本發明將不僅覆蓋該示例性的實施例，而且還覆蓋各種替換的、改變的、等效的和其他實施例，其可包含在所附權利要求所限定的本發明的精神和范圍內。如圖1圖2和圖7所示，在根據本發明的一個實施例，提供了一種復合的螺旋天線振子，其包括:雙臂螺旋天線振子1、直線天線振子2和單臂螺旋天線振子3。該雙臂螺旋天線振子1、直線天線振子2和單臂螺旋天線振子3構成了本發明的復合螺旋天線中的天線振子。實施例中，雙臂螺旋天線振子1、直線天線振子2及單臂螺旋天線振子3的長度、螺旋直徑、圈間間距、相互間位置與連接方式等參數是為了達成本發明的目的接收頻段而特殊設計的，雙臂螺旋天線振子I與單臂螺旋天線振子3的軸線相同，并同時與直線天線振子2位于同一軸線。單臂螺旋天線振子3與直線天線振子2可以分別加工后再連接，也可以由同一種材料一次成型。單臂螺旋天線振子3與直線天線振子2在單臂螺旋天線振子3的靠近連接部4的一端連接；但不排除在單臂螺旋天線振子3的遠離連接部4的一端連接，當然，此時天線的參數會有變化。進一步地,在根據本發明的實施例中，本發明的復合螺旋天線還進一步包括連接部4、支撐桿5以及天線桿外套6。該連接部4用于連接天線底座并傳輸天線信號，其由導電材料構成，用于連接天線振子，同時也與支撐桿5相連接(參見圖6);支撐桿5由具有適當的介電常數及具有一定彈性的合成材料構成，對于本領域技術人員來說，介電常數的范圍可基于接收指標而考慮，彈性范圍可按設計要求而選擇。該天線桿外套6將上述的雙臂螺旋天線振子1、直線天線振子2、單臂螺旋天線振子3、連接部4以及支撐桿5包圍在其中(參考圖3所示)。該天線桿外套6通常采用合成材料，其具有適合于天線外套的適當的介電常數及一定的彈性，其主要對包圍在其中的各個元件起到保護與固定作用，也可以對整個天線的剛度與彈性提供幫助。該天線桿外套6采用通常的連接方式連接于連接部4，也可以采用具有收縮屬性(如熱縮、冷縮或其它收縮屬性)的合成材料以有利于裝配。在本發明的一個具體實施例中，為便于生產時脫模或其它應用，該天線桿外套6在其頂端(遠離連接部4的一端)具有開口(未標號)，此種情況下，可以使用天線桿堵蓋8封閉該開口。在本發明的實施例中，雙臂螺旋天線振子I連接于連接部4，單臂螺旋天線3與直線天線振子2連接，并且通過直線天線振子2連接于連接部4，從而將各天線振子接收到的信號通過該連接部4傳輸至廣播接收、3G信號接收及DTV電視信號接收等后續的信號處理設備。如此設計實現了使用一個復合天線接收不同的信號，一并進行后續的信號處理。相對于使用不同的三個天線再分別進行后續的信號處理具有很大的進步與好處。當然，除了直接進行后續信號處理的方式外，上述復合螺旋天線的信號也可以經過一定的信號處理步驟，再分別送至不同的放大電路或處理裝置進行后續處理，以達到更好的接收效果。圖2和圖7所示的是在支撐桿5上盤繞雙臂螺旋天線振子I和單臂螺旋天線振子3的示例，但是在當雙臂螺旋天線振子I和單臂螺旋天線振子3的剛度與彈性合適或天線外套的剛度與彈性合適時，也可以省略支撐桿5。在本發明的其它實施例中，支撐桿5的表面還可以設置有一個或多個槽(未圖示)，雙臂螺旋天線振子I和/或單臂螺旋天線振子3可以嵌入到所示槽中，所述槽用于將雙臂螺旋天線振子I和/或單臂螺旋天線振子3固定到支撐桿5上，避免天線參數發生變化。在本發明另外的實施例中，上述槽可以變形為條狀凸起，連續或離散地分布在支撐桿5表面上，同樣可以起到將雙臂螺旋天線振子I和/或單臂螺旋天線振子3固定到支撐桿5上的作用。在本發明的一個示例性實施例中，如圖2和圖7所示，其顯示了在支撐桿5上沒有設置上述固定槽的實例，在該實例中雙臂螺旋天線振子I和單臂螺旋天線振子3分別以螺旋狀盤繞在支撐桿5上，而直線天線振子2則位于支撐桿5的軸線位置(即設置在支撐桿5內)。對此，支撐桿5具有軸向的凹槽(未圖示)，從而使直線天線振子2陷于該凹槽內。在上述示例性實施例中，配合圖1、圖2、圖4和圖7所示，雙臂螺旋天線振子I的圈間間距SI可以比單臂螺旋天線振子3的圈間間距S2大，但在其它實施例中，對應于不同接收信號的需要，雙臂螺旋天線振子I的圈間間距SI可以比單臂螺旋天線振子3的圈間間距S2小，或者相等。進一步地，在根據本發明的實施例中，本發明的復合螺旋天線還可以進一步包括磁芯7。配合圖4和圖5所示，該磁芯7可位于單臂螺旋天線振子3的遠離直線天線振子2的一端且全部或部分地位于單臂螺旋天線振子3的螺旋空間內。該磁芯7由合適元素組份的磁性材料構成，以具有適合的磁通量，所述合適元素包括鎳、銅、鐵、錳、鑰、鈷、鋰、稀土等元素的不同組合。在本發明的一個示例性實施例中，磁芯7可以通過支撐桿5的遠離連接部4的一端固定。具體來說，使磁芯7的一端與支撐桿5的端部連接。在本發明的另一個示例性實施例中，該磁芯7采用其一端與天線桿堵蓋8連接的方式固定，以保證該磁芯7的全部或一部分位于單臂螺旋天線振子3的螺旋空間內，此時的連接方式為固接，或者也可以是螺紋等可調節連接，可調節連接的好處是可以適當調整天線的參數及指標。在根據本發明的實施例中，雙臂螺旋天線振子1、直線天線振子2和單臂螺旋天線振子3由具有良好導電性能的剛性導體材料制成。效果較好的材料是鍍銀導體或純銅，但成本會較高；也可以是鍍有良好導電性能金屬外層的其它剛性材料。在本發明的另一個實施例中，上述天線振子由65Mn鍍Cu材料制成。上述三種振子的材料可以是相同的，根據實際參數的需要也可以是不同的。在根據本發明的各個實施例中，可以根據天線的工作頻率來調節雙臂螺旋天線振子I和單臂螺旋天線振子3的圈間間距S1、S2，雙臂螺旋天線振子I和單臂螺旋天線振子3的螺旋直徑Dl、D2，雙臂螺旋天線振子I和單臂螺旋天線振子3的軸向長度Hl和H2，甚至還可以對雙臂螺旋天線振子I和單臂螺旋天線振子3的螺旋導線的線徑進行調節。進一步地，本發明還可以根據天線需要來調節直線天線振子的導線線徑以及其軸向長度，以及位于雙臂螺旋天線振子I與單臂螺旋天線振子3之間的直線天線振子2的長度(該長度可以如圖4和圖7中的LI所示)。具體來說，上述的雙臂螺旋天線振子I的螺旋導線的線徑可以為0.4-1.2mm,圈間間距SI可以為8-40mm，螺旋直徑Dl可以為3_10mm，軸向長度Hl可以為10_80mm。上述的單臂螺旋天線振子3的螺旋導線的線徑可以為0.3-1.2mm,圈間間距S2可以為0.5_3_，螺旋直徑D2可以為3-10mm，軸向長度H2可以為70-180mm。上述的直線天線振子2的導線線徑可以為0.3-1.2_，軸向長度可以為20-300_。位于雙臂螺旋天線振子I與單臂螺旋天線振子3之間的直線天線振子2的長度為5_120mm。在本發明的一個具有良好效果的優選實施例中，雙臂螺旋天線振子I的螺旋導線的線徑優選為0.8mm,圈間的間距SI優選為17_(雙臂螺旋天線振子其中單個螺旋的圈間的間距為17mm)，螺旋直徑Dl優選為5.5mm(內徑)，軸向長度Hl優選為40mm。單臂螺旋天線振子3的螺旋導線的線徑優選為0.4mm，圈間間距S2優選為1.2mm,螺旋直徑D2優選為5.5mm(內徑)，軸向長度H2優選為100mm。直線天線振子2的導線線徑優選為0.4mm,軸向長度優選為85mm，其位于雙臂螺旋天線振子I與單臂螺旋天線振子3之間的長度LI為21mm。在本發明的另一個具有良好效果的優選實施例中，雙臂螺旋天線振子I的螺旋導線的線徑優選為0.7mm,圈間的間距SI優選為12mm(雙臂螺旋天線振子其中單個螺旋的圈間的間距為12mm)，螺旋直徑Dl優選為5.0mm(內徑)，軸向長度Hl優選為35mm。單臂螺旋天線振子3的螺旋導線的線徑優選為0.5mm，圈間間距S2優選為1.5mm,螺旋直徑D2優選為5.0mm(內徑)，軸向長度H2優選為114mm。直線天線振子2的導線線徑優選為0.5mm,軸向長度優選為100mm，其位于雙臂螺旋天線振子I與單臂螺旋天線振子3之間的長度LI為41mnin在本發明的再一個具有良好效果的優選實施例中，雙臂螺旋天線振子I的螺旋導線的線徑優選為1.0mm,圈間的間距SI優選為22_(雙臂螺旋天線振子其中單個螺旋的圈間的間距為22mm)，螺旋直徑Dl優選為6.0mm(內徑)，軸向長度Hl優選為47mm。單臂螺旋天線振子3的螺旋導線的線徑優選為0.6mm，圈間間距S2優選為1.8mm，螺旋直徑D2優選為6.0mm(內徑),軸向長度H2優選為145mm。直線天線振子2的導線線徑優選為0.6mm,軸向長度優選為100mm，其位于雙臂螺旋天線振子I與單臂螺旋天線振子3之間的長度LI為29mm。上述的各個實施例僅是本發明可以實施的優選實施例，同時，本發明也可以實施為通過上述實施例不同組合而得到的其他實施例，當然，本發明并不僅限于上述實施例和上述實施例的組合。根據本發明的具有良好效果的優選實施例，本發明的天線所獲得的良好的信號接收效果可以參見圖8A-圖8E所示。圖8A為實測的FM廣播頻段的史密斯圓圖，圖8B為實測的FM廣播頻段的駐波比圖。從駐波比圖中可以看出，在中心頻率帶的駐波比在2.0-3.0之間，低于通常對FM廣播接收的3.0的要求，說明本天線在FM頻段的增益是很好的。而對于AM調幅信號來講，接收指標相對較低，此時整個天線桿相當于一個單極子天線，可較好地完成調幅信號的接收。圖8C為實測的數字電視DTV頻段的史密斯圓圖，圖8D為實測的數字電視DTV頻段的駐波比圖。對于車用數字電視的接收，通常的要求是在全頻段的駐波比低于4.0-5.0，從圖8D的駐波比圖中可以看出，在從470M到800M的全頻段中的圖形是基本平坦的，基本在3.0以下，說明本發明的天線在數字電視頻段的增益也是較好的。圖8E為實測的3G頻段的駐波比圖，從圖中可以看出，在整個1.7G到2.4G頻段中的圖形也是基本平坦的，在中心頻率2.05G處的駐波比為1.83，低于2.0的常用技術要求，說明本發明的天線在3G頻段的增益也是較好的。圖8F為一個優選實施例的實測的更大頻段的駐波比圖，從圖中可以看出，在整個1.5GHz-3GHz頻段中，圖形也是基本平坦的，駐波比低于2.0，說明本發明的天線可以在
1.5GHz到3GHz頻段取得較好的增益。上述測試效果說明本發明的技術方案在幾個相差較遠的頻率段，可以實現用一個復合的螺旋天線接收520KHz 1710KHz、87.5MHz_108.0MHz頻率的AM/FM無線廣播信號、470MHz-958MHz頻率的DTV電視信號、1880MHz_2400MHz頻率的TD-SCDMA信號、1940MHz-2145MHz頻率的WCDMA信號、1452MHz_2360MHz的衛星數字音頻廣播信號的目的，并且具有良好的效果。上面結合附圖對本發明進行了示例性描述，顯然不應被理解為對本發明技術方案和權利要求保護范圍的限定，只要采用了本發明的方法構思和技術方案進行的各種改進，或者未經改進將本發明的構思和技術方案直接應用于其他場合的，均在本發明的保護范圍之內，本發明所要求的保護范圍以權利要求書的記載為準。
權利要求
1.一種復合螺旋天線，其特征在于，包括: 雙臂螺旋天線振子、直線天線振子和單臂螺旋天線振子，所述雙臂螺旋天線振子與所述單臂螺旋天線振子的軸線相同，并同時與所述直線天線振子位于同一軸線。
2.根據權利要求1所述的復合螺旋天線，其特征在于，所述復合螺旋天線進一步包括連接部、支撐桿以及天線桿外套；所述連接部由導電材料構成，并與所述支撐桿連接；所述天線桿外套將所述雙臂螺旋天線振子、所述直線天線振子、所述單臂螺旋天線振子、所述連接部以及所述支撐桿包圍在其中。
3.根據權利要求2所述的復合螺旋天線，其特征在于，所述雙臂螺旋天線振子連接于所述連接部，并且所述單臂螺旋天線與所述直線天線振子連接并通過所述直線天線振子連接于所述連接部。
4.根據權利要求2所述的復合螺旋天線，其特征在于，所述雙臂螺旋天線振子和所述單臂螺旋天線振子分別以螺旋狀盤繞在所述支撐桿上，所述直線天線振子位于所述支撐桿的軸線位置。
5.根據權利要求4所述的復合螺旋天線，其特征在于，所述支撐桿具有軸向的凹槽，所述直線天線振子位于所述凹槽內。
6.根據權利要求2任一項所述的復合螺旋天線，其特征在于，所述復合螺旋天線進一步包含磁芯。
7.根據權利要求6所述的復合螺旋天線，其特征在于，所述磁芯位于所述單臂螺旋天線振子的遠離直線天線振子的一端且位于所述單臂螺旋天線振子的螺旋空間內。
8.根據權利要求7所述的復合螺旋天線，其特征在于，所述磁芯通過所述支撐桿的遠離連接部的一端固定。
9.根據權利要求1-8任一項所述的復合螺旋天線，其特征在于，所述雙臂螺旋天線振子的螺旋導線的線徑為0.4-1.2mm,圈間間距為8_40mm,螺旋直徑為軸向長度為10_80mm。
10.根據權利要求1-8任一項所述的復合螺旋天線，其特征在于，所述單臂螺旋天線振子的螺旋導線的線徑為0.3-1.2mm,圈間間距為0.5_3mm,螺旋直徑為軸向長度為70-180mm ;并且，所述直線天線振子的導線線徑為0.3-1.2mm，軸向長度為20_300mm。
全文摘要
本發明公開了一種復合螺旋天線，其包括雙臂螺旋天線振子、直線天線振子和單臂螺旋天線振子，所述雙臂螺旋天線振子與所述單臂螺旋天線振子的軸線相同，并同時與所述直線天線振子位于同一軸線。本發明提供的復合螺旋天線體積小，適應多個頻段的接收，接收信號的效果好，并且安裝方便。
文檔編號H01Q5/00GK103117448SQ20111036454
公開日2013年5月22日 申請日期2011年11月16日 優先權日2011年11月16日
發明者卜放 申請人:卜放