本发明涉及一种天线， 更具体地说， 涉及一种双频天线。 背景技术

目前，手持终端设备通常有多个频段以实现多 个功能或辅助功能，如手机 的全球移动通信系统 （GSM) 及数字蜂窝系统 （DCS ) 所需频段， 对讲机的 超高频 （UHF)及全球定位系统频率 （GPS) 等， 对应的其天线也是双频或者 多频的， 现有技术中的双频天线多采用双阵子结构或部 分谐振结构的双频天 线。采用双阵子结构的双频天线将两个天线合 并， 置于一个馈电点之下， 两个 天线有各自的谐振且互不影响。通常是螺旋结 构构成低频谐振， 鞭结构实现高 频部分。 螺旋结构的长度为半波长 （低频谐振频率）， 鞭结构的长度为四分之 一波长 （高频谐振频率）， 两个频率下的天线性能与半波振子的性能相似 。

部分谐振结构的双频天线，将螺旋的部分结构 节距改变即可实现双频的谐 振， 改变节距的部分是所需要的另一频率的一个谐 振长度， 两个频率下的天线 性能与半波振子的性能相似。目前的外置双频 天线大多采用部分谐振的结构来 实现， 采用螺旋结构来实现， 将高频谐振部分放在线圈的底部， 它和另一部分 共同构成较低频率的谐振。 具体结构可参见图 1所示。

上述两种外置螺旋双频天线， 是 UHF/VHF (甚高频） +GPS频段的工作 模式， 将部分线圈的节距改变或者加入一个四分之一 的鞭天线放在螺旋的底 部， 形成谐振。 这种设计相对简单， 凡是对于 GPS频段来讲， 天线的性能更 多的集中于下半球面，在 GPS所需要的上半球面 (指向天空的部分)， 有一个很 大的凹陷， 性能比较差， 不利于 GPS信号的接收。

另外如果在 VHF频段设计双频天线，那么两个频率的差距巨 大，约为 10倍频， VHF频率的少许偏差均会造成 GPS信号的巨大差异。 发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术 的上述现有技术中双频天线 在上半球面（指向天空的方向）上性能不理想 、 GPS接收性能不好的缺陷， 提 供一种双频天线。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是： 构造一种双频天线，包括螺 旋线圈， 所述螺旋线圈的下端设置为具有第一节距的第 一谐振线圈，产生第一 谐振频率，所述螺旋线圈的上端设置为具有第 二节距且用于产生比所述第一谐 振频率更低谐振的第二谐振线圈， 所述第一节距大于所述第二节距； 还包括： 设置于第一谐振线圈内且与第一谐振线圈电隔 离的用于稳定第一谐振线 圈谐振频率性能的第一耦合单元；

设置于螺旋线圈外且与螺旋线圈电隔离的用于 增加第一谐振线圈等效电 长度以及提高第一线圈谐振频率增益的第二耦 合单元。

本发明的有益效果是，通过在部分谐振结构的 高频部分中增加第一耦合单 元， 从而得到较好的第一谐振线圈谐振频率的性能 ， 且并不影响第二谐振线圈 的性能。使得第一谐振线圈谐振频率的性能更 多的集中于上半球面。加入的两 个耦合单元增大了第一谐振线圈的分布电流， 同时增加了第一谐振线圈的电长 度。 附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说 明， 附图中：

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说 明， 附图中：

图 1 是现有技术中将高频谐振置于螺旋线圈底部的 部分谐振双频天线结 构示意图；

图 2是依据本发明一实施例的双频天线结构示意� �；

图 3是依据本发明另一实施例的双频天线结构示� �图；

图 4是图 3所示的双频天线的 GP S频带指标示意图；

图 5是图 3所示的双频天线的 GPS增益仿真方向图；

图 6是图 3所示的双频天线的 VHF频带指标示意图； 图 7是图 3所示的双频天线的 VHF增益仿真方向图；

图 8是图 3所示的双频天线样品的 VHF频段辐射方向图；

图 9是图 3所示的双频天线样品的 GPS频段辐射方向图。 具体实施方式

图 2是依据本发明一实施例的双频天线结构示意� �。图 2所示的双频天线 200， 包括螺旋线圈 201、第一耦合单元 202。螺旋线圈 201的下端设置为具有 第一节距的第一谐振线圈 201A, 所述螺旋线圈 201的上端设置为具有第二节 距且用于产生比所述第一谐振线圈 201A谐振频率更低的谐振的第二谐振线圈 201B , 其中第一节距大于第二节距。 第一耦合单元 202 设置于第一谐振线圈 内且与第一谐振线圈电隔离的用于稳定第一谐 振线圈谐振频率的性能。通过增 加第一耦合单元 202， 从而得到较好的第一谐振线圈谐振频率的性能 ， 且并不 影响第二谐振线圈的性能。使得第一谐振线圈 谐振频率的性能更多的集中于上 半球面。 寄生阻抗是关乎 GPS性能能不能稳定下来的重要因素， 增加第一耦 合单元 202可以提高第一谐振线圈 201A的寄生阻抗。

图 3是依据本发明另一实施例的双频天线结构示� �图。与图 2的区别在于， 图 3所示的双频天线还包括第二耦合单元 203， 第二耦合单元 203设置于螺旋 线圈外且与螺旋线圈电隔离的用于增加第一谐 振线圈等效电长度以及提高第 一谐振线圈的谐振频率增益。第二耦合单元 203实质上增加了第二谐振线圈的 高度。 图 2和图 3中的两个耦合单元增大了第一谐振线圈的分� �电流， 同时增 加了第一谐振线圈的电长度。

图 2和图 3所示的螺旋线圈 201是一个完整的线圈，上部和下部具有不同 的节距。为了描述上的方便，将上部的具有第 一节距的线圈称作第一谐振线圈 201A, 将下部的具有第二节距的线圈称作第二谐振线 圈 201B。 通常情况下， 图 2和图 3所示双频天线工作在 GPS和 VHF频段， 其中第一谐振线圈 201A 工作在 GPS频段， 第二谐振线圈 201B工作在 VHF频段。 关于第一节距和第 二节距的大小关系由变节距螺旋线圈 201来定，只要变节距螺旋线圈 201能够 实现双频接收就可以。 一般情况下， 第一节距的大小是第二节距的两倍以上， 保证 GPS频段的基础性能。

在本发明一实施例中，第一谐振线圈 201A的长度约为第一谐振线圈 201A 工作频段 （GPS频段） 的半个波长， 第二谐振线圈 201B的长度约为第二谐振 线圈 201B工作频段 （VHF频段） 的半个波长。

图 2所示为双频天线 200 的平面示意图， 图中显示的第一耦合单元 202 为矩形，实际上是其剖面为矩形，第一耦合单 元 202为金属材料制成的圆柱体， 其半径接近于（略小于）螺旋线圈的内径， 第一耦合单元 202的高度约为第一 谐振线圈工作频段的八分之一波长。 图 3中的第二耦合单元 203为金属丝， 长 度小于等于第一谐振线圈工作频段 （GPS频段） 的半个波长 （9.5mm)。

在本发明一实施例中， 第一耦合单元 202 为金属材料制成的倒立的圆台 体， 底部在上， 靠近第二谐振线圈 201B , 底部的半径接近于螺旋线圈的内径。 该方案可作为实施本发明的优选方案。在本发 明另一实施例中，第一耦合单元 202为金属材料制成的圆锥体。

在本发明一实施例中，第二耦合单元 203为金属丝，一端为环绕第一谐振 线圈 201A且具有固定作用的圆环， 例如可以是具有开口的圆环 （也即该圆环 是非封闭的）。第二耦合单元 203的圆环端设置在第一谐振线圈 201A的外部， 另一端延伸至第二谐振线圈 201B的某一部分。

具有开口的圆环可以设置于第一谐振线圈 201A的靠近两端的位置， 这种 情况下可实现电压耦合， 使得电压最大。 第二耦合单元 203 的长度小于等于 GPS频段的半个波长。

在本发明又一实施例中，第二耦合单元 203的一端为设置于所述第一谐振 线圈中部且环绕所述第一谐振线圈的封闭圆环 ，这种情况下可实现最大电流耦 合。 图 2和图 3中，第一耦合单元 202和第二耦合单元 203与螺旋线圈电隔离， 也就是说与螺旋线圈没有电接触。

双频天线 200使得 GPS性能更多的集中于上半球面。 采用的第一耦合单 元 202使 GPS谐振线圈的性能稳定。 第二耦合单元 203能够增加 GPS的等效 电长度， 提升 GPS谐振频率的增益。 本发明的双频天线 200可应用于专业对讲机或者其他的电子设备上 。通过 电子设备的馈电点与电子设备电连接，从而可 以将接收到的信号传送至电子设 备。

为了能够更清晰地表述本发明给出的双频天线 的性能，下面介绍双频天线 200的仿真结果。

图 4是图 3所示的双频天线的 GP S频带指标示意图， 图 5是图 3所示的 双频天线的 GPS增益仿真方向图。 由图 4-5可知， GPS频段的性能较好， 天 线的性能有一半集中于上半球面， 天线增益约 OdBi左右， 并且有较高的最大 增益角度（peak gain angle,简称 PGA) (此仿真的增益数据为不加天线外套和 主机外壳， 不计 PCB损耗的理想值）。 图 5中 m3、 m4、 m5、 m6位置示出了 PGA, m7指示了两个波瓣的增益最小值的位置。

图 6是图 3所示的双频天线的 VHF频带指标示意图； 图 7是图 3所示的 双频天线的 VHF增益仿真方向图。 由图 6-7可知， 本发明的双频天线在提高 GPS性能的同时， 不影响 VHF的性能。

为了能够验证本发明提供的双频天线性能，使 用网络分析仪以及微波暗室 对依据本发明设计的双频天线样品进行了测试 。图 8是图 3所示的双频天线的 VHF频段辐射方向图； 图 9是图 3所示的双频天线的 GPS频段辐射方向图。

从图 8-9可以看出， 天线的增益指标很好， VHF频段 （图示为 160MHz) 的增益有 -5dBi左右， GPS频段 （图示为 1575MHz) 的增益约为 OdBi左右， 有接近对称的方向图参数， GPS增益方向图与仿真的基本一致。 因此， 应用本 发明的双频天线， 可以有较好的 GPS性能， 而且并不影响 VHF的性能。 在专 业的对讲机使用， GPS可以有很好的接收效果。

以上所述仅为本发明的优选实施例， 并不用以限制本发明，凡在本发明的 精神和原则内所作的任何修改、等同替换或改 进等， 均应包含在本发明的保护 范围内。