CN103594780A

CN103594780A - 一种天线

Info

Publication number: CN103594780A
Application number: CN201210286511.5A
Authority: CN
Inventors: 刘若鹏; 徐冠雄; 吕晶; 李春锋
Original assignee: Kuang Chi Innovative Technology Ltd
Current assignee: Kuang Chi Institute of Advanced Technology
Priority date: 2012-08-13
Filing date: 2012-08-13
Publication date: 2014-02-19
Anticipated expiration: 2032-08-13
Also published as: CN103594780B

Abstract

本发明涉及一种天线，包括相扣合形成封闭腔体的上壳与下壳，还包括位于所述腔体中的多天线组件，所述多天线组件包括介质反射面和位于所述介质反射面一侧的至少一个天线组，不同天线组所使用的无线电波频率不相同，每个天线组包括至少一个天线单元，所述天线单元包括介质基板、用来与馈线连接的主振子、用来增强所在侧的无线电波的引向器，所述主振子和引向器均为附着在所述介质基板上的导体线，且所述介质反射面、每个所述天线单元的引向器分别位于相应的天线单元的主振子两侧。本发明依据八木天线原理设计而成，具有方向性好、频带宽、增益高、易调试的优点。

Description

一种天线

技术领域

本发明涉及无线通讯器件领域，更具体地说，涉及一种基于八木天线原理的天线。

背景技术

八木天线，又称八木-宇田天线，通常成“王”字形。主振子（又称有源振子）居“王”字中间，与馈线相连。反射器位于主振子一侧，起削弱该侧电磁波的作用，长度稍长于主振子；引向器位于主振子另一侧，稍短于主振子，用于增强所在的这一侧的电磁波。

八木天线的优点是具有很好的方向性，测向、远距离通信的效果非常好。但是现有的八木天线都是用金属棒做成的，体积大，占用空间，主要用于室外。如何将八木天线的优势应用在无线覆盖的小型天线如吸顶天线、无线路由器等天线上，是本发明所要解决的问题。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提供一种基于八木天线原理的小型化的天线。

本发明的一种天线，包括相扣合形成封闭腔体的上壳与下壳，还包括位于所述腔体中的多天线组件，所述多天线组件包括介质反射面和位于所述介质反射面一侧的至少一个天线组，不同天线组所使用的无线电波频率不相同，每个天线组包括至少一个天线单元，所述天线单元包括介质基板、用来与馈线连接的主振子、用来增强所在侧的无线电波的引向器，所述主振子和引向器均为附着在所述介质基板上的导体线，且所述介质反射面、每个所述天线单元的引向器分别位于相应的天线单元的主振子两侧。

在本发明所述的天线中，所述导体线为金属线。

在本发明所述的天线中，所述引向器有多个，构成一组相互平行的导体线。

在本发明所述的天线中，多个所述引向器的中心在同一直线上且所述直线垂直于所述引向器的导体线。

在本发明所述的天线中，所述主振子包括共线的两条导体线，且分别与所述引向器的导体线平行。

在本发明所述的天线中，所述主振子的总长度大于每个所述引向器的长度。

在本发明所述的天线中，所述多天线组件包括一个天线组，所述天线组包括三个相同的天线单元，每个所述天线单元的介质基板垂直于所述介质反射面，且三个所述天线单元互成120度、以同一直线为延长相交线、且到所述延长相交线的距离均相等地设置。

在本发明所述的天线中，所述多天线组件包括一个天线组，所述天线组包括三个相同的天线单元，每个所述天线单元的介质基板垂直于所述介质反射面，三个天线单元互成60度、且三个天线单元的介质基板沿各自表面方向延长后相交构成正三角形地设置。

在本发明所述的天线中，所述多天线组件包括两个天线组，分别为第一天线组和第二天线组，且前者的天线单元的主振子尺寸大于后者的天线单元的主振子尺寸。

在本发明所述的天线中，所述第一天线组和第二天线组分别包括三个相同的天线单元，每个所述天线单元的介质基板垂直地安装在所述介质反射面上，且所述第一天线组的三个天线单元互成120度、以同一直线为延长相交线、且到所述延长相交线的距离均相等地设置，所述第二天线组的三个天线单元互成60度、且三个天线单元的介质基板沿表面方向延长后相交构成正三角形地设置。

在本发明所述的天线中，所述第二天线组的三个天线单元依次位于所述第一天线组的三个天线单元的三个相邻间隔中。

相对于现有技术，本发明的有益效果在于：依据八木天线原理设计的天线单元具有良好的方向性，使得本发明的天线具有方向性好、频带宽、增益高、易调试的优点。

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：

图1为本发明的天线的结构爆炸图；

图2为图1所示天线组装起来的结构示意图；

图3为图1所示天线的多天线组件的俯视图；

图4是图3所示多天线组件的第一天线组的天线单元的尺寸示意图；

图5为图3所示多天线组件的第二天线组的天线单元的尺寸示意图；

图6为图1、图2所示多天线组件的低频段电压驻波比仿真图；

图7为上述多天线组件在频率为2.45GHz时的方向图；

图8为图1、图3所示多天线组件的高频段电压驻波比仿真图；

图9为上述多天线组件在频率为5.72GHz时的方向图。

具体实施方式

现在详细参考附图中描述的实施例。为了全面理解本发明，在以下详细描述中提到了众多具体细节。但是本领域技术人员应该理解，本发明可以无需这些具体细节而实现。在其他实施方式中，不详细描述公知的方法、过程、组件和电路，以免不必要地使实施例模糊。

如图1所示，本发明的天线包括上壳4、下壳42、多天线组件、以及安装板41。其中，上壳4为帽状壳体，与板状的下壳42相扣合形成一个封闭腔体，多天线组件和安装板41即位于该腔体内。这些部件安装起来后的整体结构如图2所示，该天线具有小巧轻便、外形美观的优点。

多天线组件如图1、图3所示，包括介质反射面1和位于介质反射面1同一侧上的至少一个天线组。这里的天线组定义为工作频率（所使用的电磁波频率）在同一个频段范围内的一个或多个天线单元的集合。因此，当天线组有多个（包括两个）时，多个天线组所使用的电磁波频率互不相同。这里的不同频段，是指适用在一个频道内的频率范围，例如相隔不小于50MHz。

如图1、图3所示，本实施例中的多天线组件具有两个天线组，每个天线组包括三个相同的天线单元，下文中将尺寸大的天线单元称为第一天线单元2，三个相同的第一天线单元2构成的天线组称之为第一天线组。尺寸小的天线单元称之为第二天线单元3，三个相同的第二天线单元3构成的天线组称之为第二天线组。由于第一天线单元2的尺寸大于第二天线单元3，因此，第一天线单元2与介质反射面1构成的天线的工作频率要低于第二天线单元与介质反射面1构成的天线。因此，本实施例的多天线组件属于双频天线。

以第一天线单元2为例，如图4所示，第一天线单元2包括介质基板20和附着在介质基板20上的主振子和引向器。介质基板20采用FR4、F4b材料制成，或者其他现有天线所采用的基板材料。

需要说明的是，这里影响工作频率的主要因素是主振子的尺寸，因此，即使第一天线单元2和第二天线单元3的介质基板的尺寸都相同，只要第一天线单元2的主振子尺寸大于第二天线单元3的主振子，那么前者的工作频率通常都会低于后者。

每个第一天线单元2的介质基板20都垂直于介质反射面1，并通过插接方式先固定安装在安装板41上，然后每个天线单元的引脚穿过安装板41并穿过介质反射面1以及下壳42从而与外部电路连接。每个天线单元的安装使得该天线单元的引向器和所述介质反射面1位于该天线单元主振子的两侧。

主振子用来与馈线连接，包括两条导体线，分别为第一导体线28和第二导体线29，其中第一导体线28与同轴线馈线的外导体电连接，第二导体线29与同轴线馈线的芯线电连接。显然，第一导体线28、第二导体线29的位置可互换。

如图4所示，第一导体线28和第二导体线29在同一条直线上，二者之间隔有一定间距。

引向器可以只有一个，也可有多个，均为附着在介质基板20表面上的导体线。当引向器有多个时，每个构成引向器的导体线相互平行，且均位于主振子的同一侧，用来增强所处的主振子一侧的电磁波强度，具体结构如图4所示。图4中的第三导体线25、第四导体线26、第五导体线27分别构成三个引向器，三个引向器相互平行地排布，并与构成主振子的第一导体线28、第二导体线29平行。三个引向器的长度可以相同，也可以不同，为了电磁波引向效果更好，优选长度相等。另外，引向器的数量可以为三个，也可以为两个甚至一个，或者多于三个。通常，引向器多于五个后对电磁场的影响就变化不大了，为了节省空间和材料，优选引向器为三个。

优选地，第三、第四、第五导体线25、26、27的中心点三点在一条直线线上，且该直线垂直三者中任意一条导体线。同时，主振子所在的直线与上述任一条导体线平行且总长度大于上述任一条导体线，优选主振子的中心与上述第一、第二、第三导体线的三个中心点在同一直线上。

上述第一至第五导体线均采用导电材料制成，优选金属线，例如铜、铝等。

同样，第二天线单元3也具有完全类似的结构，也包括介质基板30和附着在介质基板30上作为主振子的第一导体线38和第二导体线39，以及作为引向器的第三导体线35、第四导体线36和第五导体线37。上述对各个导体线以及介质基板的描述都适用于第二天线单元3的相应部分。

具有这种结构的天线单元，在主振子的另一侧装上反射器后，即可构成类似八木天线的结构。八木天线，又称八木-宇田天线，通常成“王”字形。主振子（又称有源振子）居“王”字中间，与馈线相连。反射器位于主振子一侧，起削弱该侧电磁波的作用，长度稍长于主振子；引向器位于主振子另一侧，稍短于主振子，用于增强所在的这一侧的电磁波。

介质反射面1和每个天线单元上的引向器分别位于该天线单元的主振子两侧，整体构成了一个小型化的八木天线，其中介质反射面1即为上述反射器，以第一天线单元2为例，主振子的第一导体线28和第二导体线29构成上述有源振子，而第三、第四、第五导体25、26、27线构成了三个引向器。而由于本发明的主振子、引向器都采用了导体线而非金属管的形式，因此体积大大减小，结构更加紧凑，而天线也延续八木天线的良好方向性。同时，多个天线单元2、3共用一个介质反射面1，也能大大节省空间，减小天线的体积。

这里的介质反射面1，用于反射任一天线单元4所使用的无线电波，使用的无线电波是指每个天线单元产生的电磁波或者每个天线单元接收的电磁波。在一些实施例中，反射介质面1可以采用铜或其它导电材料制成，且可以一个非平面的表面。可以理解地是，反射介质面1可以具有不连续的点，如加工成网状结构或者开设有孔等方式实现反射电波功能的介质表面，其中网状结构或者孔的尺寸大小小于所述多天线组件使用的无线电波波长的十分之一。

如图3所示，三个第一天线单元2互成120度，并以同一直线为三个介质基板表面的延长相交线，且三个第一天线单元2到所述延长相交线的距离均相等。也可以理解为，以图3所示的俯视图来看，三个第一天线单元2以同一点为旋转中心，任一第一天线单元2以该旋转中心旋转120度后与另一第一天线单元2重合。

三个第二天线单元3按图3所示的方式排布，即两两互成60度、且三个第二天线单元3的介质基板沿表面方向延长后相交构成正三角形。且如图3所示，每两个第一天线单元2之间设置有一个第二天线单元3，且该两个第一天线单元2对称地位于此第二天线单元3两侧，使得三个第一天线单元2依次位于三个第二天线单元3的三个相邻间隔中。

为了验证本发明的天线组件及多天线组件的效果，举一具体实施例，第一天线单元2、第二天线单元3的尺寸如图4、图5所示，其中第一天线单元2的介质基板20长95.2mm，宽52.6mm，第一导体线28、第二导体线29均长22.8mm，宽1.5mm，第三导体线25、第四导体线26、第五导体线27均长40mm，宽1.5mm。第一天线单元2、第二天线单元3的介质基板20长55mm，宽25mm，第一导体线38、第二导体线39均长9mm，宽0.7mm，第三导体线35、第四导体线36、第五导体线37均长17mm，宽0.7mm。介质反射面1为铜箔，直径为80mm。用具有上述尺寸、且如图1、图3所示排布的多天线组件进行仿真如图6至图9所示。

其中，图6所示为低频段驻波比仿真图。图6中标注的三个点m1、m2、m3在仿真图中的坐标参数为：

名称	X(GHz)	Y
			m1	2.4400	1.1582
m2	2.4000	1.2463

m3

2.4800

1.2319

上表说明，该多天线组件在2.4000～2.4800GHz频段范围内，具有非常良好的阻抗匹配。

图7为上述多天线组件在频率为2.45GHz的电磁场中的方向图。由图可知，该频率下的辐射方向性很好，能够满足无线信号收发的需求。

其中，图8所示为高频段驻波比仿真图。图8中标注的两个点m1、m2在仿真图中的坐标参数为：

名称	X(GHz)	Y
			m1	5.7250	1.0607
m2	5.8500	1.1772

上表说明，该多天线组件在5.7250～5.8500GHz频段范围内，具有非常良好的阻抗匹配。

图9为上述多天线组件在频率为5.725GHz的电磁场中的方向图。由图可知，该频率下的辐射方向性很好，能够满足无线信号收发的需求。

综上所述，依据八木天线原理设计的天线具有良好的方向性，且工作频段为2.4GHz和5.8GHz两个频段，属于双频天线，且具有频带宽、增益高、易调试的优点。显然，当本发明的多天线组件具有三个或更多的天线组时，即可得到多频天线，也属于本发明的保护范围。同样，本发明的每个天线组不必然为包括三个天线单元，也可以只有一个天线单元，或者两个或者多于三个。天线单元的排布方式也不必然均匀分割介质反射面一侧空间，可以按照相互平行地排布等其他方式设置。

上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims

1.一种天线，其特征在于，包括相扣合形成封闭腔体的上壳与下壳，还包括位于所述腔体中的多天线组件，所述多天线组件包括介质反射面和位于所述介质反射面一侧的至少一个天线组，不同天线组所使用的无线电波频率不相同，每个天线组包括至少一个天线单元，所述天线单元包括介质基板、用来与馈线连接的主振子、用来增强所在侧的无线电波的引向器，所述主振子和引向器均为附着在所述介质基板上的导体线，且所述介质反射面、每个所述天线单元的引向器分别位于相应的天线单元的主振子两侧。

2.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述导体线为金属线。

3.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述引向器有多个，构成一组相互平行的导体线。

4.根据权利要求3所述的天线，其特征在于，多个所述引向器的中心在同一直线上且所述直线垂直于所述引向器的导体线。

5.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述主振子包括共线的两条导体线，且分别与所述引向器的导体线平行。

6.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述主振子的总长度大于每个所述引向器的长度。

7.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述多天线组件包括一个天线组，所述天线组包括三个相同的天线单元，每个所述天线单元的介质基板垂直于所述介质反射面，且三个所述天线单元互成120度、以同一直线为延长相交线、且到所述延长相交线的距离均相等地设置。

8.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述多天线组件包括一个天线组，所述天线组包括三个相同的天线单元，每个所述天线单元的介质基板垂直于所述介质反射面，三个天线单元互成60度、且三个天线单元的介质基板沿各自表面方向延长后相交构成正三角形地设置。

9.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述多天线组件包括两个天线组，分别为第一天线组和第二天线组，且前者的天线单元的主振子尺寸大于后者的天线单元的主振子尺寸。

10.根据权利要求9所述的天线，其特征在于，所述第一天线组和第二天线组分别包括三个相同的天线单元，每个所述天线单元的介质基板垂直地安装在所述介质反射面上，且所述第一天线组的三个天线单元互成120度、以同一直线为延长相交线、且到所述延长相交线的距离均相等地设置，所述第二天线组的三个天线单元互成60度、且三个天线单元的介质基板沿表面方向延长后相交构成正三角形地设置。

11.根据权利要求10所述的天线，其特征在于，所述第二天线组的三个天线单元依次位于所述第一天线组的三个天线单元的三个相邻间隔中。