多模天线装置论文和设计-王浩

全文摘要

本申请公开一种多模天线装置，包括无线模组、复用器、切换电路和天线；无线模组包括至少2个无线模块；复用器的合路端连接天线，各分路端与切换电路的各第一选择端一一对应连接；切换电路的各第二选择端与各无线模块一一对应连接，控制端用于连接处理器。在复用器与无线模块的相应端口之间导通连接时，各无线模块可将输出的射频信号通过复用器合路传输给天线，实现多通道数据传输，通过多个无线模块共用天线，减少了装置体积，使得电力业务终端在不改变结构和尺寸的前提下，通过本申请各实施例的多模天线装置能够实现多通道数据传输，提高了业务数据传输的可靠性。

主设计要求

1.一种多模天线装置，其特征在于，包括无线模组、复用器、切换电路和天线；所述无线模组包括至少2个无线模块；所述复用器的合路端连接所述天线，各分路端与切换电路的各第一选择端一一对应连接；所述切换电路的各第二选择端与各所述无线模块一一对应连接，控制端用于连接处理器。

设计方案

1.一种多模天线装置，其特征在于，包括无线模组、复用器、切换电路和天线；所述无线模组包括至少2个无线模块；

所述复用器的合路端连接所述天线，各分路端与切换电路的各第一选择端一一对应连接；

所述切换电路的各第二选择端与各所述无线模块一一对应连接，控制端用于连接处理器。

2.根据权利要求1所述的多模天线装置，其特征在于，所述复用器为功分器或合路器。

3.根据权利要求1所述的多模天线装置，其特征在于，所述切换电路为继电器或开关选择器。

4.根据权利要求1所述的多模天线装置，其特征在于，所述无线模块为电力LTE专网无线通信模块、4G模块或GPRS通信模块。

5.根据权利要求1所述的多模天线装置，其特征在于，所述天线为实体天线或搭载天线。

6.根据权利要求5所述的多模天线装置，其特征在于，所述实体天线为单鞭单体天线或多鞭单体天线。

7.根据权利要求5所述的多模天线装置，其特征在于，所述搭载天线包括基板以及搭载在所述基板上的天线单元；

所述天线单元连接所述复用器的合路端。

8.根据权利要求1至7任意一项所述的多模天线装置，其特征在于，还包括连接在所述切换电路的第一选择端和所述复用器的分路端之间的第一滤波器。

9.根据权利要求8所述的多模天线装置，其特征在于，还包括连接在所述复用器的合路端与所述天线之间的第二滤波器。

10.根据权利要求9所述的多模天线装置，其特征在于，所述第一滤波器为LC型滤波器；所述第二滤波器为LC型滤波器。

设计说明书

技术领域

本实用新型涉及天线技术领域，特别是涉及一种多模天线装置。

背景技术

电力系统中广泛使用无线通信终端来传输数据，尤其在配用电领域，通常利用公共无线通信网络或者专用无线通信网络来承载各种业务。由于电力业务的特性，对数据的安全性、可靠性和实时性都存在较高的要求。而无线通信网络的特性，单一并不一定能够满足电力各种业务的要求。因此，电力系统会采用无线多通道的方式来提高业务传输的可靠性与实时性。目前，在配用电业务场景中，通信模块都需要嵌入电力业务设备的内部，或者安装到已有的箱体当中。

在实现过程中，发明人发现传统技术中至少存在如下问题：采用传统的无线多通道方式的通信模块传输数据时，通常通信模块的天线体积大，难以满足现有电力业务终端(例如电力集中器、负控终端或配变终端)的结构和尺寸。

实用新型内容

基于此，有必要针对传统通信模块的天线体积大的问题，提供一种多模天线装置。

为了实现上述目的，本实用新型实施例提供了一种多模天线装置，包括无线模组、复用器、切换电路和天线；无线模组包括至少2个无线模块；

复用器的合路端连接天线，各分路端与切换电路的各第一选择端一一对应连接；

切换电路的各第二选择端与各无线模块一一对应连接，控制端用于连接处理器。

在其中一个实施例中，复用器为功分器或合路器。

在其中一个实施例中，切换电路为继电器或开关选择器。

在其中一个实施例中，无线模块为电力LTE专网无线通信模块、4G模块或GPRS通信模块。

在其中一个实施例中，天线为实体天线或搭载天线。

在其中一个实施例中，实体天线为单鞭单体天线或多鞭单体天线。

在其中一个实施例中，搭载天线包括基板以及搭载在基板上的天线单元；

天线单元连接复用器的合路端。

在其中一个实施例中，还包括连接在切换电路的第一选择端和复用器的分路端之间的第一滤波器。

在其中一个实施例中，还包括连接在复用器的合路端与天线之间的第二滤波器。

在其中一个实施例中，第一滤波器为LC型滤波器；第二滤波器为LC型滤波器。

上述技术方案中的一个技术方案具有如下优点和有益效果：

基于复用器的合路端连接天线，各分路端与切换电路的各第一选择端一一对应连接；切换电路的各第二选择端与各无线模块一一对应连接，控制端用于连接处理器。通过切换电路连接在复用器和无线模块之间，处理器可控制切换电路导通复用器与无线模块相应端口之间的连接；在复用器与无线模块的相应端口之间导通连接时，各无线模块可将输出的射频信号通过复用器合路传输给天线，实现多通道数据传输，通过多个无线模块共用天线，减少了装置体积，使得电力业务终端在不改变结构和尺寸的前提下，通过本申请各实施例的多模天线装置能够实现多通道数据传输，提高了业务数据传输的可靠性。

附图说明

图1为一个实施例中多模天线装置的第一结构示意图；

图2为一个实施例中多模天线装置的第二结构示意图；

图3为一个实施例中多模天线装置的第三结构示意图；

图4为一个实施例中合路传输的电路原理示意图；

图5为一个实施例中切换传输的电路原理示意图；

图6为一个实施例中多模天线装置的第一等效结构示意图；

图7为一个实施例中多模天线装置的第二等效结构示意图；

图8为一个实施例中多模天线装置的第三等效结构示意图；

图9为一个实施例中多模天线装置的第四等效结构示意图。

具体实施方式

为了便于理解本申请，下面将参照相关附图对本申请进行更全面的描述。附图中给出了本申请的首选实施例。但是，本申请可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本申请的公开内容更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“及\/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

为了解决传统通信模块的天线体积大的问题，本申请实施例提供了一种多模天线装置，图1为一个实施例中多模天线装置的第一结构示意图。如图1所示，包括无线模组110、复用器120、切换电路130和天线140；无线模组110包括至少2个无线模块112。

复用器120的合路端连接天线140，各分路端与切换电路130的各第一选择端一一对应连接；切换电路130的各第二选择端与各无线模块112一一对应连接，控制端用于连接处理器。

其中，无线模组110指的是由多个无线模块112组成的模组。无线模块112指的是无线通信模块，可根据不同的频段和不同的制式确定无线通信模块的类型。复用器120指的是可将一路输入信号能量分成两路或多路输出相等或不相等能量，也可将多路信号能量合成一路输出的器件。切换电路130可用来导通无线模块与复用器之间的连接；切换电路130可用来导通任意数量的无线模块112与复用器120之间的连接。例如无线模组110包括2个无线模块112，通过处理器控制切换电路130，可分别导通2个无线模块112与复用器120的之间的连接。天线140指的是能够辐射或接收电磁波的器件，例如天线140可将无线模块112传输的射频信号转换为电磁波，并辐射电磁波。处理器可以是单片机。

具体地，切换电路130可包括多个第一选择端和多个第二选择端，例如第一选择端的数量与无线模块112的数量相同；第二选择端的数量与无线模块112的数量相同，各第一选择端与各第二选择端可一一对应相连。通过处理器控制切换电路130的通断，可导通切换电路130的第一选择端与相应的切换电路130的第二选择端；也可断开切换电路130的第一选择端与相应的切换电路130的第二选择端之间的连接。将复用器120的各分路端与切换电路130的各第一选择端一一对应连接，复用器120的合路端连接天线140，切换电路130的各第二选择端与各无线模块112一一对应连接，切换电路130的控制端连接处理器。进而在处理器控制切换电路130的第一连接端与相应的切换电路130的第二连接端导通时，即连接该第二连接端的无线模块112与复用器120导通。各个相应导通的无线模块112可分别将射频信号传输给复用器120，通过复用器120合路传输给天线140，天线140对接收到的射频信号进行转换辐射电磁波；无线模块112也可将接收到的电磁波转换为射频信号，并将射频信号传输给复用器120，通过复用器120分路输出给相应的无线模块112。通过多个无线模块112共用天线140，实现了多通道数据的传输，减小了装置体积。

例如，无线模组110为2个无线模块120；切换电路130包括2个第一选择端和2个第二选择端，第一选择端与第二选择端一一对应相连；复用器120包括2个分路端。处理器控制切换电路130，导通第一选择端与第二选择端之间的连接，进而导通无线模块112与复用器120之间的连接。各无线模块112分别将射频信号传输给复用器120，复用器120将接收到的射频信号合路输出给天线140，通过天线140将射频信号进行转换辐射，实现双通道数据传输；通过双无线模块112共用一个天线140，减小了天线装置的体积，降低了成本。

上述的多模天线装置中，基于复用器的合路端连接天线，各分路端与切换电路的各第一选择端一一对应连接；切换电路的各第二选择端与各无线模块一一对应连接，控制端用于连接处理器。通过切换电路连接在复用器和无线模块之间，处理器可控制切换电路导通复用器与无线模块相应端口之间的连接；在复用器与无线模块的相应端口之间导通连接时，各无线模块可将输出的射频信号通过复用器合路传输给天线，实现多通道数据传输，通过多个无线模块共用天线，减少了装置体积，使得电力业务终端在不改变结构和尺寸的前提下，通过本申请各实施例的多模天线装置能够实现多通道数据传输，提高了业务数据传输的可靠性。

在一个实施例中，复用器为功分器或合路器。

其中，功分器指的是将一路输入信号能量分成两路或多路输出相等或不相等能量的器件。合路器指的是将两路或多路输入的信号能量合成一路输出的器件。

具体地，复用器为功分器时，基于功分器的合路端连接天线，功分器的各分路端与切换电路的各第一选择端一一对应连接；切换电路的各第二选择端与各无线模块一一对应连接，控制端连接处理器。在功分器与无线模块的相应端口之间导通连接时，天线可将接收到的电磁波进行转换得到射频信号，并将射频信号通过功分器分路输出给相应的无线模块，实现多通道数据传输，通过多个无线模块共用天线，减少了装置体积。

复用器为合路器时，基于合路器的合路端连接天线，合路器的各分路端与切换电路的各第一选择端一一对应连接；切换电路的各第二选择端与各无线模块一一对应连接，控制端连接处理器。在合路器与无线模块的相应端口之间导通连接时，各无线模块可将输出的射频信号通过合路器合路传输给天线，通过无线模块对接收到的射频信号进行辐射，实现多通道数据传输，通过多个无线模块共用天线，减少了装置体积。

在一个实施例中，切换电路为继电器或开关选择器。

具体地，继电器可包括多组触点，一组触点包括一个第一选择端和一个第二选择端；例如继电器可以是多路继电器。处理器可控制继电器的各组触点的通断，即实现控制第一选择端和第二选择端之间的通断连接。开关选择器可包括多个选择开关，选择开关连接在第一选择端和第二选择端之间。处理器可控制开关选择器的选择开关的通断，进而实现控制第一选择端和第二选择端之间的通道连接。通过切换电路可导通各个无线模块与复用器之间的连接，实现导通多路数据传输通道，进而各个无线模块可同时将射频信号通过复用器传输给天线，实现各个无线模块共用天线，进而减少了装置体积；通过切换电路也可切换导通任意一个无线模块与复用器之间的连接，实现导通任意一路数据传输通道，进而无线模块可同时将射频信号通过复用器传输给天线，避免了多个射频信号同时传输时产生的同频干扰。

在一个实施例中，无线模块为电力LTE(Long Term Evolution，长期演进)专网无线通信模块、4G(the 4th Generation mobile communication technology，第四代移动通信技术)模块或GPRS(General Packet Radio Service：通用分组无线服务技术)通信模块。

具体地，电力LTE专网无线通信模块指的是基于LTE制式的电力无线专网的通信模块，例如电力LTE专网无线通信模块可以是基于LTE230的电路无线专网的通信模块。4G模块可以是TD-LTE制式的4G模块，也可以是FDD-LTE制式的4G模块。需要说明的是，无线模块还可以是5G(the 5th Generation mobile communication technology，第五代移动通信技术)模块或3G(the 3rd Generation mobile communication technology，第三代移动通信技术)模块。

在一个实施例中，天线为实体天线或搭载天线。

具体地，实体天线指的是只包含天线本体的天线，实体天线可以是无需搭载待基板上的金属电路。搭载天线指的是包括基板以及搭载在基板上的天线本体的天线。

在一个具体的实施例中，实体天线为单鞭单体天线或多鞭单体天线。

具体地，单鞭单体天线指的是只包含一个天线本体的天线。多鞭单体天线指的是包含多个天线本体的天线，多鞭单体天线的多个天线本体集成在一个壳体内。通过将天线的结构设计成单鞭单体天线或多鞭单体天线的结构，可减小天线装置的体积。

在一个具体的实施例中，搭载天线包括基板以及搭载在基板上的天线单元；天线单元连接复用器的合路端。

具体地，基板可以是PCB板(Printed Circuit Board，印制电路板)。天线单元指的是天线本体。将天线单元连接复用器的合路器，进而可将各无线模块传输的射频信号通过复用器传输给天线单元，通过天线单元进行辐射。通过将天线的结构设计成天线单元搭载在基板上的结构，可进一步减小天线装置的体积。

在一个实施例中，如图2所示，提供了一种多模天线装置，包括无线模组110、复用器120、切换电路130和天线140；无线模组110包括至少2个无线模块112。还包括连接在切换电路130的第一选择端和复用器120的分路端之间的第一滤波器150。

具体地，第一滤波器150可用来对无线模块112输出的射频信号进行滤波，使得各无线模块112输出的射频信号频率一致，进而复用器120可将接收到的各个滤波后的射频信号合路输出给天线140。通过在切换电路130的第一选择端和复用器120的分路端之间连接第一滤波器150，进而可实现阻抗匹配，使得各个无线模块112输出的射频信号能够同时传输至天线140，实现多个无线模块112共用一个天线140，进而可减小天线装置的体积，同时提高了业务数据传输的可靠性。

在一个具体的实施例中，第一滤波器为LC型滤波器(L指的是电感，C指的是电容)。

具体地，LC型滤波器可以是π型滤波器。其中π型滤波器由两个电容器和一个电感器连接组成。

在一个实施例中，如图3所示，提供了一种多模天线装置，包括无线模组110、复用器120、切换电路130和天线140；无线模组110包括至少2个无线模块112。还包括连接在复用器120的合路端与天线140之间的第二滤波器160。

具体地，第二滤波器160可用来对复用器120合路输出的射频信号进行滤波，滤波射频信号传输过程中产生的噪音信号，进而可将滤波后的射频信号传输给天线140。通过在复用器120的合路端与天线140之间连接第二滤波器160，提高了信号传输质量，进而在实现多个无线模块112共用一个天线140，同时提高了信号传输的可靠性。

在一个具体的实施例中，第二滤波器为LC型滤波器(L指的是电感，C指的是电容)。

具体地，LC型滤波器可以是π型滤波器。其中π型滤波器由两个电容器和一个电感器连接组成。

上述多模天线装置中，通过切换电路连接在复用器和无线模块之间，处理器可控制切换电路导通复用器与无线模块相应端口之间的连接；在复用器与无线模块的相应端口之间导通连接时，各无线模块可将输出的射频信号通过复用器合路传输给天线，实现多通道数据传输，通过多个无线模块共用天线，减少了装置体积，使得电力业务终端在不改变结构和尺寸的前提下，通过本申请各实施例的多模天线装置能够实现多通道数据传输，提高了业务数据传输的可靠性。

在一个实施例中，提供了一种多模天线装置，如图4所示，为多模天线装置合路传输的电路原理示意图。其中，无线模组包括第一无线模块和第二无线模块。

具体地，P1端用于连接第一无线模块，P2端用于连接第二无线模块，J1端用于连接天线。P1端将接收到的射频信号通过第一滤波器进行滤波调频，P2端将接收到的射频信号通过第一滤波器进行滤波调频，使得P1端滤波后的信号与P2端滤波后的信号后的频率一致，进而将P1端滤波后的信号与P2端滤波后的信号后合路输出给J1端。

需要说明的是，第一滤波器中的电容可以是高频瓷介电容；第一滤波器中的电感可以是用0.8毫米的漆包线在直径为5毫米的钻头柄上缠绕组成。

在一个实施例中，提供了一种多模天线装置，如图5所示，为多模天线装置切换传输的电路原理示意图。其中，无线模组包括第一无线模块和第二无线模块；切换电路可包括单刀双掷开关K1。

具体地，P1端用于连接第一无线模块，P2端用于连接第二无线模块，J1端用于连接天线，M1端用于连接处理器。P1端连接切换电路的第二连接端，P2端连接切换电路的另一个第二连接端；切换电路的第一连接端通过第一滤波器连接J1端；切换电路的控制端连接M1端。通过控制单刀双掷开关K1的切换，使得P1端导通时P2端断开，或者P1端断开时P2端导通。进而可避免第一无线模块和第二无线模块同时工作时天线产生的相互干扰。

在一个实施例中，提供了一种多模天线装置，其中无线模组包括2个无线模块(第一无线模块和第二无线模块)；天线为单鞭单体天线；复用器为合路器；处理器控制切换电路导通第一连接端与第二连接端之间的连接。如图6所示，为多模天线装置的等效示意图。

具体地，第一无线模块可通过馈线连接合路器的一个分路端；第二无线模块可通过馈线连接复用器的另一个分路端；合路器的合路端可通过馈线连接单鞭单体天线。第一无线模块可将射频信号通过合路器传输给单鞭单体天线，第二无线模块可将射频信号通过合路器传输给单鞭单体天线。通过单天线共用的方式，减少了装置的体积，使得现有的电力业务终端在不改变结构、尺寸的前提下，可通过升级通信模块的方式实现双通道数据传输，提高业务数据传输的可靠性。

在一个实施例中，提供了一种多模天线装置，其中无线模组包括2个无线模块(第一无线模块和第二无线模块)；天线为搭载天线，搭载天线包括一个天线单元；复用器为合路器；处理器控制切换电路导通第一连接端与第二连接端之间的连接。如图7所示，为多模天线装置的等效示意图。

具体地，第一无线模块连接合路器的一个分路端，第一无线模块与合路器的一个分路端之间连接有一个第一滤波器；第二无线模块连接复用器的另一个分路端，第二无线模块与合路器的分路端之间连接有一个第一滤波器；合路器的合路端可通过馈线连接搭载天线的天线单元。第一无线模块可将射频信号通过第一滤波器进行阻抗匹配后传输给合路器，并通过合路器合路传输给天线单元；第二无线模块可将射频信号通过第一滤波器进行阻抗匹配后传输给合路器，并通过合路器合路传输给天线单元。通过单天线共用的方式以及搭载天线的结构设计，减少了装置的体积；通过第一滤波器的阻抗匹配，进而减小了多个射频信号同时传输的产生的同频干扰，提高了信号传输的稳定性。

在一个实施例中，提供了一种多模天线装置，其中无线模组包括2个无线模块(第一无线模块和第二无线模块)；天线为双鞭单体天线，双鞭单体天线包括第一天线主体和第二天线主体；处理器控制切换电路导通第一连接端与第二连接端之间的连接；第一无线模块可直接连接第一天线主体，第二无线模块可直接连接第二天线主体。如图8所示，为多模天线装置的等效示意图。

具体地，第一无线模块可通过馈线直接连接第一天线主体，第二无线模块可通过馈线直接连接第二天线主体。例如第一无线模块通过双鞭单体天线的天线基座连接第一天线主体，第二无线模块通过双鞭单体天线的天线基座连接第二天线主体，第一无线模块可将射频信号直接传输给第一天线主体进行辐射，第二无线模块可将射频信号直接传输给第二天线主体进行辐射，避免了第一无线模块和第二无线模块同时工作时存在的同频干扰；采用天线采用双鞭单体天线的结构设计，减小了装置的体积。

在一个实施例中，提供了一种多模天线装置，其中无线模组包括2个无线模块(第一无线模块和第二无线模块)；天线为搭载天线，搭载天线包括第一天线单元和第二天线单元；处理器控制切换电路导通第一连接端与第二连接端之间的连接；第一无线模块可直接连接第一天线单元，第二无线模块可直接连接第二天线单元。如图9所示，为多模天线装置的等效示意图。

具体地，第一无线模块可通过馈线直接连接第一天线单元，第二无线模块可通过馈线直接连接第二天线单元。第一无线模块可将射频信号直接传输给第一天线单元进行辐射，第二无线模块可将射频信号直接传输给第二天线单元进行辐射，避免了第一无线模块和第二无线模块同时工作时存在的同频干扰；采用天线采用搭载天线的结构设计，减小了装置的体积。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，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，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

设计图

多模天线装置论文和设计

多模天线装置论文和设计-王浩

全文摘要

主设计要求

设计方案

设计说明书

设计图

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