CN105305043A - 应用于无线局域网的低剖面高增益双频定向天线 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种应用于无线局域网的低剖面高增益双频定向天线，包括上层介质板、下层介质板、三根短路探针以及一根馈电探针；所述上层介质板的上表面设置有辐射贴片，其形状包括由三个连接桥连接的内部矩形贴片和外部U形贴片，所述下层介质板的下表面设置有接地板，两层介质板之间设置有一定高度的空气层；所述短路探针设置于所述空气层中，所述短路探针的一端与所述辐射贴片相连，所述短路探针的另一端与所述接地板相连。本发明提供的天线覆盖WLAN？2.4-2.485GHz和5.15-5.85GHz全频段，具有制作成本低、效率高、低剖面、高增益和定向辐射的优点，可以很好的应用于WLAN频段信号的收发。

Description

应用于无线局域网的低剖面高增益双频定向天线
技术领域
本发明涉及天线技术领域，特别是一种应用于无线局域网的低剖面高增益双频定向天线。
背景技术
各种WLAN协议的快速发展使得市场对小型化多频带天线的需求日益增加。到目前为止，最宽的WLAN传输协议是应用于2.4GHz频段(2.4–2.485GHz)和5GHz频段(5.15-5.825GHz)的IEEE802.11a协议。为了提高系统的灵活性和可用性，目前市场上迫切需要能够同时工作于这两个特定频段的定向辐射天线。但目前市场上的一些多频天线多采用层叠结构方案或者采用PIFA天线，天线剖面较大，从而增大了天线的体积；多数双频WLAN天线都是全向天线，使得天线的抗干扰能力下降，并对天线的辐射能量在一定程度上造成了浪费；大多定向天线都存在阻抗带宽小的缺点。
传统微带天线是在辐射贴片和接是板之间填充介质材料，若用价格便宜的介质材料，则介质损耗较大，天线效率较低，这种现象在WLAN5GHz频段尤为显著。若用介质损耗较小的介质材料，则板材价格昂贵，天线成本较高，不适合大批量推广。针对上述问题，本专利申请人研究开发了一种低成本、效率高、低剖面、高增益和定向辐射的WLAN双频全覆盖天线。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种应用于无线局域网的低剖面高增益双频定向天线，在具备双频特性的基础上，具有低剖面、宽频带、高增益和定向辐射的优点，可以很好的应用于WLAN频段信号的收发。
本发明采用以下方案实现：一种应用于无线局域网的低剖面高增益双频定向天线，包括上层介质板、下层介质板、三根短路探针以及一根馈电探针；所述上层介质板的上表面设置有辐射贴片，所述下层介质板的下表面设置有接地板，两层介质板之间设置有一定高度的空气层；所述短路探针设置于所述空气层中，所述短路探针的一端与所述辐射贴片相连，所述短路探针的另一端与所述接地板相连。
进一步地，所述上层介质板的尺寸为70mm×70mm×0.6mm；所述辐射贴片包括由三个连接桥连接的内部矩形贴片和外部U型贴片；所述内部矩形贴片的长度为28mm，宽度为14mm，所述外部U型贴片由一个尺寸为55mm×51mm的大矩形贴片挖去一个尺寸为38mm×18mm的小矩形贴片组成；中心位于水平中心线上的第一连接桥的尺寸为5.5mm×3mm，第二连接桥与第三连接桥分别位于所述内部矩形贴片的两侧，所述第二连接桥与第三连接桥的尺寸均为4mm×2mm，所述第二连接桥距垂直中心线的位置为15mm，所述第三连接桥距垂直中心线的位置为8.5mm。
进一步地，所述下层介质板的尺寸为80mm×80mm×0.6mm；所述下层介质板的下表面设置有边长为80mm的方形接地板，所述接地板与所述短路探针、所述馈电探针以及一SMA接头相连。
较佳的，所述馈电探针的底端与所述SMA接头相连。
进一步地，所述定位天线采用同轴馈电方式进行馈电，所述馈电探针位于水平中心线上，距离中心位置为20.7mm。
进一步地，所述空气层的高度为5mm。
进一步地，所述短路探针的半径为0.4mm，所述三根短路探针中的第一短路探针位于水平中心线上，距离中心位置为-11.4mm，第二短路探针与第三短路探针距垂直中心线的位置分别为-26.5mm和19.1mm，距水平中心线的位置均为-17.5mm。
与现有技术相比，本发明中的微带天线可用于WLAN频段（2.4GHz-2.5GHz以及5.15GHz-5.8GHz），天线采用单层贴片结构实现WLAN两个频段的覆盖，大大降低了天线的剖面高度；采用空气层代替传统的介质板材，大大降低了天线的制作成本，提高了天线的工作效率；采用增加短路探针的方式，在保证天线小型化的同时，增加了天线的阻抗带宽。本发明在具备双频特性的基础上，具有低成本、高效率，低剖面、宽频带、高增益和定向辐射的优点，可以很好的应用于WLAN频段信号的收发，并适用于更多的场合。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图。
图2是本发明的上层介质板结构及短路探针位置示意图（俯视图）。
图3是本发明的下层介质板结构示意图（俯视图）。
图4为天线在低频段反射系数图。
图5为天线在高频段反射系数图。
图6为天线在工作频率为2.4GHz和5.15G时E面增益方向图。
标号说明：1为第一短路探针，2为空气层，3为第二短路探针，4为第三短路探针，5为上层介质板，6为馈电探针，7为下层介质板，8为SMA接头，9为第一连接桥，10为外部U型贴片，11为第二连接桥b，12为内部矩型贴片，13为第三连接桥，14为接地板。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。
本实施例提供一种应用于无线局域网的低剖面高增益双频定向天线，包括上层介质板5、下层介质板7、三根短路探针以及一根馈电探针；所述上层介质板5的上表面设置有辐射贴片，所述下层介质板7的下表面设置有接地板，两层介质板之间设置有一定高度的空气层2；所述短路探针设置于所述空气层2中，所述短路探针的一端与所述辐射贴片相连，所述短路探针的另一端与所述接地板14相连。
在本实施例中，所述上层介质板5的尺寸为70mm×70mm×0.6mm；所述辐射贴片包括由三个连接桥连接的内部矩形贴片12和外部U型贴片10；所述短路探针的顶端焊接于外部U型贴片10的短路点处，馈电探针的顶端焊接于内部矩形贴片12的馈电点处，通过对内部矩形贴片12馈电来激励辐射贴片，使其辐射电磁波；所述内部矩形贴片12的长度为28mm，宽度为14mm，所述外部U型贴片由一个尺寸为55mm×51mm的大矩形贴片挖去一个尺寸为38mm×18mm的小矩形贴片组成；中心位于水平中心线上的第一连接桥9的尺寸为5.5mm×3mm，第二连接桥11与第三连接桥13分别位于所述内部矩形贴片的两侧，所述第二连接桥11与第三连接桥13的尺寸均为4mm×2mm，所述第二连接桥11距垂直中心线的位置为15mm，所述第三连接桥13距垂直中心线的位置为8.5mm。
在本实施例中，所述下层介质板7的尺寸为80mm×80mm×0.6mm；所述下层介质板7的下表面设置有边长为80mm的方形接地板14，所述接地板14与所述短路探针、所述馈电探针6以及一SMA接头8相连。所述第一短路探针、第二短路探针和第三短路探针的底端分别穿过下层介质板7，通过焊锡与接地板14焊接；所述SMA接头8与所述馈电探针6的底端连接，并通过焊锡与接地板14焊接。
在本实施例中，所述定位天线采用同轴馈电方式进行馈电，所述馈电探针6位于水平中心线上，距离中心位置为20.7mm。
在本实施例中，所述空气层2的高度为5mm。
在本实施例中，所述短路探针的半径为0.4mm，所述三根短路探针中的第一短路探针1位于水平中心线上，距离中心位置为-11.4mm，第二短路探针3与第三短路探针4距垂直中心线的位置分别为-26.5mm和19.1mm，距水平中心线的位置均为-17.5mm。
图4为天线在低频段反射系数图，从图中可以看出所设计天线-10dB的工作带宽为2.38GHz-2.57GHz。
图5为天线在高频段反射系数图，从图中可以看出所设计天线-10dB的工作带宽为5.1GHz-5.9GHz。
图6为天线在工作频率为2.4GHz和5.15G时E面增益方向图，从图中可以看出两个频率点对应增益分别大于6dB和7dB。
综上所述，本发明的天线结构由两层PCB覆铜板及中间空气层组成，2.4GHz频段辐射贴片与5.8G频段辐射贴片嵌套并共面，单层嵌套式辐射贴片通过短路连接和加载短路探针实现宽频带和双频段，采用空气层代替传统的介质板材，提高天线的工作效率和增加带宽。本发明具有低剖面、宽频带、高增益、成本低、效率高和定向辐射的优点，结构设计易于组成天线阵列，可以广泛应用于WLAN频段信号的收发。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (7)

1.一种应用于无线局域网的低剖面高增益双频定向天线，其特征在于：包括上层介质板、下层介质板、三根短路探针以及一根馈电探针；所述上层介质板的上表面设置有辐射贴片，所述下层介质板的下表面设置有接地板，两层介质板之间设置有一定高度的空气层；所述短路探针设置于所述空气层中，所述短路探针的一端与所述辐射贴片相连，所述短路探针的另一端与所述接地板相连。
2.根据权利要求1所述的一种应用于无线局域网的低剖面高增益双频定向天线，其特征在于：所述上层介质板的尺寸为70mm×70mm×0.6mm；所述辐射贴片包括由三个连接桥连接的内部矩形贴片和外部U型贴片；所述内部矩形贴片的长度为28mm，宽度为14mm，所述外部U型贴片由一个尺寸为55mm×51mm的大矩形贴片挖去一个尺寸为38mm×18mm的小矩形贴片组成；中心位于水平中心线上的第一连接桥的尺寸为5.5mm×3mm，第二连接桥与第三连接桥分别位于所述内部矩形贴片的两侧，所述第二连接桥与第三连接桥的尺寸均为4mm×2mm，所述第二连接桥距垂直中心线的位置为15mm，所述第三连接桥距垂直中心线的位置为8.5mm。
3.根据权利要求1所述的一种应用于无线局域网的低剖面高增益双频定向天线，其特征在于：所述下层介质板的尺寸为80mm×80mm×0.6mm；所述下层介质板的下表面设置有边长为80mm的方形接地板，所述接地板与所述短路探针、所述馈电探针以及一SMA接头相连。
4.根据权利要求3所述的一种低剖面高增益WLAN定向天线，其特征在于：所述馈电探针的底端与所述SMA接头相连。
5.根据权利要求1所述的一种应用于无线局域网的低剖面高增益双频定向天线，其特征在于：所述定位天线采用同轴馈电方式进行馈电，所述馈电探针位于水平中心线上，距离中心位置为20.7mm。
6.根据权利要求1所述的一种应用于无线局域网的低剖面高增益双频定向天线，其特征在于：所述空气层的高度为5mm。
7.根据权利要求1所述的一种应用于无线局域网的低剖面高增益双频定向天线，其特征在于：所述短路探针的半径为0.4mm，所述三根短路探针中的第一短路探针位于水平中心线上，距离中心位置为-11.4mm，第二短路探针与第三短路探针距垂直中心线的位置分别为-26.5mm和19.1mm，距水平中心线的位置均为-17.5mm。
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