CN208093742U - 一种紧凑型4g lte mimo与gps三合一天线 - Google Patents
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Abstract
一种紧凑型4G LTE MIMO与GPS三合一天线，包括天线外壳、PCB主板、PCB板1、PCB板2和PCB板3、GPS天线陶瓷介质、GPS低噪声放大器和三根50欧姆同轴线组成；天线外壳扣在PCB主板正面上，PCB主板的背面是天线地，PCB板1和PCB板3互相平行，树立在PCB主板相对的两个角上，PCB板2与PCB主板平行，PCB板2与PCB板1组成立体的倒立“L”形结构；三根50欧姆同轴线的一端为射频连接器，另一端焊接在PCB主板上，同轴线的内导体与PCB主板上的相应的微带馈线焊接在一起，外导体编织层与天线的地焊接在一起；PCB主板正面还包括三根50欧姆的微带线，背面为天线地，分成天线地1和天线地2两部分，中间用电感连接。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种紧凑型4G LTE MIMO与GPS三合一天线。
背景技术
***(4G LTE)移动通信正在蓬勃发展，迅速普及，其核心技术是多入多出(MIMO)和正交频分多址(OFDM)。MIMO是在发射端与接收端利用多个天线同时进行通信的技术，这样可以提高通信***的通信容量、数据传输速度以及抗多径衰落能力。
移动通信终端需要至少两个天线(主天线与副天线)，为了保证主天线与副天线之间的隔离度，要求天线尺寸要大一些。但是，移动通信终端的尺寸都比较小，即使是车载天线，由于车上安装空间限制，也要求天线尺寸尽量小。另外，由于4G天线需要兼容2G和3G频段，所以天线频带比较宽，天线尺寸需要增大。这样一来就出现了矛盾，一方面天线为了性能好，需要较大的尺寸，另一方面实际使用中又要求天线尺寸尽量小。目前4G LTE MIMO天线尺寸较大，或把主天线与副天线分成两个独立的天线，分别安装。这会增加整体的天线制造成本和天线安装成本。另外，就是通过降低天线性能的方法来缩小天线尺寸，带来的问题主要是天线隔离度大大降低，甚至小于10dB。由于主副天线之间隔离度降低，通信***整体数据吞吐率很难提高。
发明内容
本实用新型的目的就是要提出一种在兼顾天线外形尺寸紧凑的同时，天线性能最优的紧凑型4G LTE MIMO与GPS三合一天线，也即***长期演进多入多出及GPS复合天线。
本实用新型采用如下技术方案：
一种紧凑型4G LTE MIMO与GPS三合一天线，包括天线外壳、PCB主板(聚四氟乙烯印刷电路板)、PCB板1、PCB板2和PCB板3、GPS天线陶瓷介质、GPS低噪声放大器和三根50欧姆同轴线组成。
所述天线外壳的外部尺寸为75毫米x65毫米x20毫米，材料为PC/ABS或其它非金属材质。
所述天线外壳内包括PCB主板、PCB板1、PCB板2和PCB板3，所述天线外壳扣在PCB主板正面上，PCB主板的背面是天线地，PCB板1和PCB板3互相平行，树立在PCB主板相对的两个角上，PCB板2与PCB主板平行，PCB板2与PCB板1组成立体的倒立“L”形结构。
所述三根50欧姆同轴线的一端为射频连接器，如FAKRA、SMA以及TNC等，另一端焊接在PCB主板上，同轴线的内导体与PCB主板上的相应的微带馈线焊接在一起，而外导体编织层与天线的地焊接在一起。
所述天线外壳内部包括4G主天线、4G副天线和GPS天线；所述4G主天线是由PCB板1、PCB板2和PCB主板的一部分共同构成，所述4G副天线是由PCB3与PCB主板的一部分共同构成。(所述PCB主板为4G主天线与4G副天线所共用。)
所述GPS天线包括GPS陶瓷介质天线和低噪声放大器。
所述PCB主板正面还包括三根50欧姆的微带线，背面为天线地，由所述主板背面敷铜箔构成，构成天线地的铜箔分成天线地1和天线地2两部分，中间用电感连接。
所述4G主天线馈线与4G主天线微带馈线连接，4G副天线馈线与4G副天线微带馈线连接，GPS天线馈线与GPS天线微带馈线连接。
所述4G主天线频率范围是824-960MHz/1710-2690MHz，总体上是平面倒L天线。为了实现多频段，增加了缝隙和寄生振子。同时，为了改善天线的匹配状态，使用了分布电感和分布电容，如图3所示。由于天线整体尺寸较小，所以PCB主板尺寸较小，也就意味着天线的地比较小，因此天线的低频带宽比较窄。为了拓宽主天线的低频带宽，天线地采用图5所示折线的形式，这样天线地的长度被增加，低频性能得到改善。
所述4G副天线频率范围是1710-2690MHz，为单极天线。主天线与副天线分别位于PCB主板的对角线上，提高了其与主天线之间的隔离度。另外，为了进一步提高主天线与副天线之间的隔离度，在副天线的馈电微带线上串联电容值较小的电容，如2pF电容。由于副天线只有高频，即1710-2690MHz，串联这个电容对其性能影响很小，或无衰减地通过，也可以看作为高通滤波器，但是可以对低频信号(824-960MHz)进行衰减，从而提高了主天线与副天线在低频的隔离度。仿真计算表明，低频隔离度由10dB提高到15dB，提高了大约5dB。另外，为了拓宽副天线的带宽，把天线地分成两部分，即天线地1和天线地2，中间用电感连接。这个电感的值比较大，如10nH，由于电感的低通特性，所以高频信号无法通过，只有低频信号可以通过。对于4G副天线来说没有天线地2性能会更好，但是如果没有天线地2，4G主天线的低频性能会变差。现在通过电感值比较大的电感可以同时满足改善副天线带宽和不影响主天线低频性能。
所述GPS天线为有源天线，即天线包括GPS陶瓷介质天线和低噪声放大器。由于GPS信号非常微弱，所以需要放大器放大信号，同时也补偿馈线所引起的衰减。
通过本发明的技术方案，带来了如下效果；
1.天线整体尺寸较小；
2.主天线与副天线电性能好，带宽宽，二者之间的隔离度高。
附图说明：
附图1是本实用新型的外观示意图；
附图2是去除外壳后的天线内部结构示意图；
附图3是PCB板1的正视图；
附图4是去除外壳后的天线内部结构俯视图；
附图5是PCB主板背面的正视图；
附图6是4G主天线电压驻波比；
附图7是4G副天线电压驻波比；
附图8是4G主天线与副天线之间隔离度；
图中，1是天线外壳，2是同轴线，21是4G主天线馈线，22是GPS天线馈线，23是4G副天线馈线，3是射频连接器，4是PCB主板，41是4G主天线微带馈线，42是GPS天线微带馈线，43是4G副天线微带馈线，44是GPS天线，45是电感，46是天线地，461是天线地1，462是天线地2，5是PCB板1，51是分布电感，52是分布电容，53是馈电部分，54是寄生振子，6是PCB板2，61是4G主天线，7是PCB板3；
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本实用新型做进一步说明：
1是天线外壳，天线外壳1的外部尺寸为75毫米x65毫米x20毫米，材料为PC/ABS或其它非金属材质。
4是PCB主板，5是PCB板1，6是PCB板2，7是PCB板3，天线外壳1扣在PCB主板正面上，PCB主板的反面是天线地，PCB板1和PCB板3互相平行，树立在PCB主板相对的两个角上，PCB板2与PCB主板平行，PCB板2与PCB板1组成立体的倒立“L”形结构。
2是同轴线，3是射频连接器，3根50欧姆同轴线的一端为射频连接器，如FAKRA、SMA以及TNC等，另一端焊接在PCB主板上，同轴线的内导体与PCB主板上的相应的微带馈线焊接在一起，而外导体编织层与天线的地焊接在一起。
天线外壳内部包括4G主天线、4G副天线和GPS天线；
4G主天线是由PCB板1、PCB板2和PCB主板的一部分共同构成，PCB板1上的部分是平面倒L天线，包括寄生振子54，还包括改善天线匹配状态分布电感51和分布电容52；在PCB板2上的覆铜部分带有缝隙，该缝隙为两次反向转折90度的折线。
4G副天线是由PCB3与PCB主板的一部分共同构成；
GPS天线44在PCB主板上，内部包括GPS陶瓷介质天线和低噪声放大器；
PCB板1、PCB板2和PCB板3都是厚度为1毫米的单面PCB板。
PCB主板是厚度为1毫米的双面板，其正面还包括三根50欧姆的微带线，背面为天线地，由所述主板背面敷铜箔构成，构成天线地的铜箔分成天线地1和天线地2两部分，中间用电感45连接。
PCB主板上的4G主天线馈线与4G主天线微带馈线连接，4G副天线馈线与4G副天线微带馈线连接，GPS天线馈线与GPS天线微带馈线连接。
为了拓宽主天线的低频带宽，天线地采用图5所示折线的形式，天线地的长度被增加，低频性能得到改善。
为了拓宽副天线的带宽，把天线地分成两部分，即天线地1和天线地2，中间用电感连接。
所述4G主天线频率范围是824-960MHz/1710-2690MHz，总体上是平面倒L天线。为了实现多频段，增加了缝隙和寄生振子。同时，为了改善天线的匹配状态，使用了分布电感和分布电容，如图3所示。由于天线整体尺寸较小，所以PCB主板尺寸较小，也就意味着天线的地比较小，因此天线的低频带宽比较窄。为了拓宽主天线的低频带宽，天线地采用图5所示折线的形式，这样天线地的长度被增加，低频性能得到改善。
从附图6和附图7可以看出，在其工作频带内，4G主天线与副天线的电压驻波比基本上小于2.5。
从附图8可以看出，主天线与副天线之间的隔离度。在低频824-960MHz频带内，隔离度基本大于15dB；在高频1710-2690MHz频带内，隔离度大于12dB。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种紧凑型4G LTE MIMO与GPS三合一天线，其特征是包括天线外壳、PCB主板、PCB板1、PCB板2和PCB板3、GPS天线陶瓷介质、GPS低噪声放大器和三根50欧姆同轴线组成；
所述天线外壳扣在PCB主板正面上，PCB主板的背面是天线地，PCB板1和PCB板3互相平行，树立在PCB主板相对的两个角上，PCB板2与PCB主板平行，PCB板2与PCB板1组成立体的倒立“L”形结构；
所述三根50欧姆同轴线的一端为射频连接器，另一端焊接在PCB主板上，同轴线的内导体与PCB主板上的相应的微带馈线焊接在一起，而外导体编织层与天线的地焊接在一起；
所述天线外壳内部包括4G主天线、4G副天线和GPS天线；
所述4G主天线是由PCB板1、PCB板2和PCB主板的一部分共同构成；
所述4G副天线是由PCB3与PCB主板的一部分共同构成；
所述GPS天线由GPS陶瓷介质天线和低噪声放大器组成；
所述PCB主板正面还包括三根50欧姆的微带线，背面为天线地，由所述主板背面敷铜箔构成，构成天线地的铜箔分成天线地1和天线地2两部分，中间用电感连接；
所述4G主天线馈线与4G主天线微带馈线连接，4G副天线馈线与4G副天线微带馈线连接，GPS天线馈线与GPS天线微带馈线连接；
所述4G主天线频率范围是824-960MHz/1710-2690MHz，总体上是平面倒L天线；
所述4G副天线频率范围是1710-2690MHz，为单极天线；
所述4G主天线与4G副天线分别位于PCB主板的对角线上，提高了其与主天线之间的隔离度。
2.根据权利要求1所述的一种紧凑型4G LTE MIMO与GPS三合一天线，其特征是所述4G主天线还包括缝隙和寄生振子。
3.根据权利要求1或2所述的一种紧凑型4G LTE MIMO与GPS三合一天线，其特征是所述4G主天线还包括分布电感和分布电容。
4.根据权利要求1所述的一种紧凑型4G LTE MIMO与GPS三合一天线，其特征是所述副天线的馈电微带线上串联电容值较小的电容。
5.根据权利要求1所述的一种紧凑型4G LTE MIMO与GPS三合一天线，其特征是所述天线外壳的外部尺寸为75毫米x65毫米x20毫米，材料为PC/ABS。
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