CN104078770A - 一种天线及其无线通讯设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种天线包括介质基板、固定于所述介质基板一端上的接地极子以及设置在所述介质基板上的辐射体，所述辐射体包括馈电极子、辐射单元以及位于二者之间并连接二者的移相器，所述馈电极子与所述接地极子相靠近地设置而构成偶极天线单元。接地极子与馈电极子构成的偶极天线单元再经过移相后与辐射单元电场叠加，从而提高增益。同时，用PCB贴片技术所实现的天线结构来替代传统的提高天线增益的铜线弹簧、铜管及热缩管结构，其制造工艺更简单，加工工时可大大缩短，能够大大降低天线生产成本。因此具有本天线的无线通讯设备拥有良好性能的同时，也能降低成本，缩短产品生产周期。

Description

一种天线及其无线通讯设备

技术领域

本发明涉及射频天线器件，更具体地说，涉及一种天线及其无线通讯设备。

背景技术

随着人们对信息和数据流量的要求的提高，路由器、电视机顶盒等需要无线通讯的设备对天线的增益要求也越高。传统的高增益例如到达4dBi甚至5dBi的天线通常都采用金属铜管、铜线弹簧和热缩管等部件来构成。但是铜线弹簧、热缩管的制造工艺都相对复杂，使得整个天线的生产周期长，生产天线的原材料和人力成本都相对较高。

发明内容

本发明的目的在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种实现高增益的同时结构简单、制造工艺简单、成本更低的天线及其无线通讯设备。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种天线，包括介质基板、固定于所述介质基板一端上的接地极子以及设置在所述介质基板上的辐射体，所述辐射体包括馈电极子、辐射单元以及位于二者之间并连接二者的移相器，所述馈电极子与所述接地极子相靠近地设置而构成偶极天线单元。

进一步地，所述天线还包括馈线，所述馈线的接地部分与所述接地极子连接，所述馈线的馈电部分与所述馈电极子连接。

进一步地，所述接地极子和馈电极子的长度分别为所述天线的设计频率所对应的波长的六分之一至三分之一。

进一步地，所述接地极子为铜管。

进一步地，所述铜管的一端面与所述介质基板相接，且该端面上设有圆锥面。

进一步地，所述馈电极子为设置在所述介质基板表面上的导体片。

进一步地，所述导体片的朝向所述铜管圆锥面的一端设置成尖角形。

进一步地，所述导体片的导体材料为金属或非金属导电材料。

进一步地，所述非金属导电材料为导电油墨、掺铝氧化锌或铟锡氧化物。

进一步地，所述馈电极子、移相器、辐射单元在所述铜管的轴线上沿远离所述铜管的方向依次排布。

进一步地，所述移相器包括共线的第一导体线和第二导体线，还包括连接在所述第一导体线和第二导体线之间的蛇形弯折导体线。

进一步地，所述第一导体线、第二导体线、蛇形弯折导体线的导体材料为金属或非金属导电材料。

进一步地，所述非金属导电材料为导电油墨、掺铝氧化锌或铟锡氧化物。

进一步地，所述第一导体线一端与所述馈电极子相连，另一端与所述蛇形弯折导体线相连，所述第二导体线一端与所述蛇形弯折导体线相连，另一端与所述辐射单元相连。

进一步地，所述移相器的总长度为所述天线的设计频率所对应的波长的四分之一至四分之三。

进一步地，所述偶极天线单元通过所述移相器移相后与所述辐射单元电场叠加。

进一步地，所述辐射单元为线宽大于所述移相器线宽的导体线。

进一步地，所述辐射单元的长度与所述偶极天线单元的长度相当。

进一步地，所述辐射单元的长度所述天线的设计频率所对应的波长的四分之一至四分之三。

本发明还涉及一种包括上述天线的无线通讯设备，所述无线通讯设备为路由器、电视机顶盒、无线网卡或对讲机。

实施本发明的天线及其无线通讯设备，具有以下有益效果：由于接地极子与馈电极子构成的偶极天线单元再经过移相后与辐射单元5电场叠加，构成了一个二元天线，从而提高增益，相对于二元天线的条件下可缩小天线尺寸。同时，次天线运用PCB贴片技术所实现的天线结构来替代传统的高增益天线的铜线弹簧、热缩管结构，其制造工艺更简单，加工周期可大大缩短，用料成本也更省，因此能够大大降低天线成本。具有本发明的天线的无线通讯设备具有良好性能的同时，也能降低成本，缩短产品生产周期。

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：

图1是本发明第一实施例的天线的结构示意图；

图2是本发明第二实施例的天线的结构示意图；

图3是图2所示天线的S11参数仿真结果图；

图4是图2所示天线的驻波比仿真结果图。

具体实施方式

本发明涉及一种天线，尤其是一种高增益的贴片天线。

如图1、图2所示，本发明的天线包括长条形的介质基板1、固定在介质基板1一端的接地极子2、设置在介质基板1上的辐射体。介质基板1通常为FR4、聚四氟乙烯等材料，优选介电常数低（例如小于4.0）、损耗角正切值小（例如小于0.01）的材料。

辐射体为印制或蚀刻成型在介质基板1上的导体层结构，包括馈电极子3、辐射单元5和位于馈电极子3和辐射单元5之间并连接二者的移相器4。

馈电极子3与接地极子1相靠近，构成一个偶即天线单元，馈电极子3和接地极子1分别为一个偶极子，因此二者的长度分别为该天线的设计频率所对应的波长的四分之一。当然，在精确度要求不高的情况下，两个偶极子的长度可以在前述波长的六分之一到三分之一之间。这里的设计频率，是指在设计该天线时根据其所应用的电磁波环境而确定的频率，例如应用做WIFI信号的收发，则该天线的设计频率为2.4GHz，当然，在该频率左右一定范围内也是可行的。

该天线的馈线即与该偶极天线单元连接，馈线的接地部分（通常为同轴馈线的外导体）与接地极子2连接，馈线的馈电部分（通常为同轴馈线的芯线）与馈电极子3连接。显然，接地部分与馈电部分的连接位置可互换，即接地部分与馈电极子3连接，使馈电极子3实际上为接地的偶极子，而馈电部分与接地极子2连接，使得接地极子2实际上为馈电的偶极子。

图1所示的接地极子2为圆筒形铜管，其一端固定在介质基板1上，且该介质基板1一端覆有导体层与该铜管短接，以方便馈线的焊接安装。馈电极子3为矩形导体片，以一条宽度边与该圆筒形铜管端面平行地设置在介质基板1上。

图2所示的实施例中，接地极子2的铜管的形状为圆筒形一端还设有同内外径的圆锥面，且该圆锥面朝向馈电极子3地固定在介质基板1上。同样，固定馈电极子3的介质基板1一端覆有导体层并与该圆锥面短接。馈电极子3为一矩形导体片一端切去两个直角而成夹角形，且该尖角朝向铜管的圆锥面顶角。设置成尖角与圆锥角相对的结构，有利于与同轴馈线及介质基板更容易焊接组装。

构成馈电极子的导体片的材料的导体材料为金属或非金属导电材料，金属可以是铜、银、铜合金、银合金等良导体，非金属导电材料可以是导电油墨、掺铝氧化锌、铟锡氧化物等。

图1、图2所示的实施例中，接地极子2均为铜管，也可以是其他材料例如铝、石墨等制成。同时形状也不限定为管状，可以是杆状、直片状等，本文不做限定。优选接地极子2为管状，同轴馈线从铜管内穿过，则铜管能够起到抑制和屏蔽同轴馈线外导体电流对整个天线对外辐射场形方向图的影响。

优选地，馈电极子3、移相器4、辐射单元5在铜管的轴线上沿远离铜管的方向依次排布。其中，移相器4包括共线的第一导体线和第二导体线，还包括连接在所述第一导体线和第二导体线之间的蛇形弯折导体线。第一导体线一端与馈电极子3相连，另一端与蛇形弯折导体线相连，第二导体线一端与蛇形弯折导体线相连，另一端与辐射单元5相连。

第一、第二导体线和蛇形弯折导体线三者所使用的导体材料为金属或非金属导电材料，金属可以是铜、银、铜合金、银合金等良导体，非金属导电材料可以是导电油墨、掺铝氧化锌、铟锡氧化物等。

图1、图2所示的实施例中，第一导体线较长，第二导体线相对，在其他实施例中，二者的长度可以相同或相当，或者以任意比例。移相器4的总长度（即从第一导体线的起点到第二导体线的终点的距离）应该在前述天线的设计频率所对应的波长的四分之一至四分之三，优选二分之一。当然，在精确度要求不高的情况下，两个导体线的长度可以在前述波长的六分之一到三分之一之间。

通过移相器4的移相，接地极子2和馈电极子3构成的偶极天线单元与辐射单元5耦合，构成另一个偶极天线单元，因此本发明的天线为二元天线。辐射单元5为线宽大于移相器4线宽的导体线以增加带电量，线长应该与偶极天线单元的长度相当（这里相当是指二者的差值不大于偶极天线单元长度的五分之一），因此辐射单元的长度也在该天线的设计频率的所对应的波长的四分之一至四分之三，优选二分之一左右，以便与偶极天线单元实现电场叠加，构成二元天线。

图3和图4为图2所示实施例的天线的S11参数和驻波比仿真结果图。由图3、图4可知，在2.4GHz、2.45GHz、2.5GHz三个频点上的驻波比、S11参数、增益如下表：

频率(GHz)	2.4	2.45	2.5
				驻波比	1.7385	1.112	1.3457
S11(dB)	-11.384	-25.618	-16.63
				增益(dBi)	4.278	4.582	4.464

由上表可知，在这三个频点上的驻波比都小于2.0，S11参数小于-10dB，增益接近5dBi。因此，采用本发明的天线，具有驻波比和回损小、匹配性能好且高增益的优点。

综上，本发明的天线，其接地极子2与馈电极子3构成的偶极天线单元再经过移相后与辐射单元5电场叠加，从而提高增益，在实现二元天线的条件下可缩小天线尺寸。同时，此天线运用PCB贴片技术所实现的天线结构来替代传统的高增益天线的铜线弹簧、热缩管结构，其制造工艺更简单，加工周期可大大缩短，用料成本也更省，因此能够大大降低天线成本。

基于上述天线，本发明还保护一种无线通讯设备，其包括设备主体和安装在该设备主体上的上述天线，用以为设备主体提供无线信号输入和输出。这里的无线通讯设备可以是路由器、电视机顶盒、对讲机或无线网卡等无线通讯设备。由于具有本发明的天线，因此该无线通讯设备具有良好性能的同时，还能降低成本，缩短产品生产周期。

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 (16)

1.一种天线，其特征在于，包括介质基板、固定于所述介质基板一端上的接地极子以及设置在所述介质基板上的辐射体，所述辐射体包括馈电极子、辐射单元以及位于二者之间并连接二者的移相器，所述馈电极子与所述接地极子相靠近地设置而构成偶极天线单元。

2.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述天线还包括馈线，所述馈线的接地部分与所述接地极子连接，所述馈线的馈电部分与所述馈电极子连接。

3.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述接地极子和馈电极子的长度分别为所述天线的设计频率所对应的波长的六分之一至三分之一。

4.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述接地极子为铜管。

5.根据权利要求4所述的天线，其特征在于，所述铜管的一端面与所述介质基板相接，且该端面上设有圆锥面。

6.根据权利要求5所述的天线，其特征在于，所述馈电极子为设置在所述介质基板表面上的导体片。

7.根据权利要求6所述的天线，其特征在于，所述导体片的朝向所述铜管圆锥面的一端设置成尖角形。

8.根据权利要求4所述的天线，其特征在于，所述馈电极子、移相器、辐射单元在所述铜管的轴线上沿远离所述铜管的方向依次排布。

9.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述移相器包括共线的第一导体线和第二导体线，还包括连接在所述第一导体线和第二导体线之间的蛇形弯折导体线。

10.根据权利要求9所述的天线，其特征在于，所述第一导体线一端与所述馈电极子相连，另一端与所述蛇形弯折导体线相连，所述第二导体线一端与所述蛇形弯折导体线相连，另一端与所述辐射单元相连。

11.根据权利要求9所述的天线，其特征在于，所述移相器的总长度为所述天线的设计频率所对应的波长的四分之一至四分之三。

12.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述偶极天线单元通过所述移相器移相后与所述辐射单元电场叠加。

13.根据权利要求12所述的天线，其特征在于，所述辐射单元的长度与所述偶极天线单元的长度相当。

14.根据权利要求13所述的天线，其特征在于，所述辐射单元的长度所述天线的设计频率所对应的波长的四分之一至四分之三。

15.一种无线通讯设备，其特征在于，包括如权利要求1至14任一项所述的天线。

16.根据权利要求15所述的无线通讯设备，其特征在于，所述无线通讯设备为路由器、电视机顶盒、无线网卡或对讲机。