CN106169648A - 一种天线及所述天线的电倾角调节方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种天线及所述天线的电倾角调节方法。天线包括一个基板以及设置在基板上的一对偶极子单元、一个信号馈入点、一个由U形水平折线段组成的匹配节。信号馈入点与两个偶极子单元的起始端连接。每个偶极子单元包括一段垂直段和水平折线段，垂直段的一端为相应偶极子单元的起始端，垂直段的另一端向整个天线外侧垂直延伸的90°水平折线段，水平折线段的末端为相应偶极子单元的终端。两个垂直段交错放置且相互平行，且通过匹配节连接，匹配节实现信号传输线与两个偶极子单元之间的阻抗匹配。信号馈入点位于两个垂直段的交错部位之间并与两个垂直段连接。两个水平折线段位于这对偶极子单元整体的相对两侧上。

Description

一种天线及所述天线的电倾角调节方法

技术领域

本发明涉及无线通讯技术领域的一种天线，尤其涉及一种可以调节天线辐射信号上下角度的天线及所述天线的电倾角调节方法。

背景技术

近几年无线通讯技术呈爆炸式的高速发展，支持无线连接的设备在急剧增长，人们对通过无线网络接入互联网进行高速上网冲浪需求也呈爆发式增长，使得进行无线网络覆盖的场所区域在飞速增加，并且在无线覆盖布网中对同一无线网络的远距离无线桥接、多个无线网络的远距离无线通信的需求也越来越多。天线作为无线天线设备最为重要的组件，其性能的好与坏直接决定了无线设备的无线性能，现在的手持式通讯设备往往都有很多个天线实现不同的通信功能，受限于设备的尺寸，这些天线之间的距离是远远不够达到相互之间的远场隔离条件，而且因为受设备外壳的限制，所有的天线都是采用相同的固定方向，所以所有的天线的辐射方向都是相同的情况下，信号相互干扰非常严重。

对如何改善多天线环境下的相互影响的规避方法，在无线通讯领域一直是一个重要课题，相应的技术研究开发越来越多，目前主要分为空间隔离和角度隔离两个方面，空间隔离的基本方法是通过加大每个天线的相互距离，让两两天线之间处于相互的远场区之外，达到隔离的效果。但是这要求设备的整体尺寸非常大，造成使用的不便。角度隔离是非常好的实现小型化的方法，也是现在研究的一个重要方向，具体就是让两两天线的辐射方向相互有个交叉的角度，通过信号的方向偏转，防止信号被意外接收，达到隔离的效果。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述背景技术存在的不足，提出一种天线及所述天线的电倾角调节方法，本发明可实现天线放置方向不变，但是辐射信号可以偏转，在一定角度范围内可以实现信号偏转的结构形式，可以极大改善无线设备中多天线相互干扰的程度，实现各天线正常使用的环境。

本发明的解决方案是：一种天线，其包括一个基板以及设置在基板上的一对偶极子单元、一个信号馈入点、一个由U形水平折线段组成的匹配节；每个偶极子单元具有起始端和终端，信号馈入点与两个偶极子单元的起始端连接；每个偶极子单元包括一段垂直段和水平折线段，垂直段的一端为相应偶极子单元的起始端，垂直段的另一端向整个天线外侧垂直延伸的90°水平折线段，水平折线段的末端为相应偶极子单元的终端；两个垂直段交错放置且相互平行，且通过匹配节连接，匹配节实现信号传输线与两个偶极子单元之间的阻抗匹配；信号馈入点位于两个垂直段的交错部位之间并与两个垂直段连接；两个水平折线段位于这对偶极子单元整体的相对两侧上。

作为上述方案的进一步改进，两个偶极子单元的总长度相等，每个偶极子单元的总长度等于相应垂直段和水平折线段的长度之和。

优选地，两个偶极子单元的总长度对应天线工作频率的中心频率点的二分之一波长。

作为上述方案的进一步改进，两个偶极子单元的结构尺寸相同、排布方向相反，且上下错开一定的高度差距分布。

作为上述方案的进一步改进，每个偶极子单元的长度等于天线所设计使用频段的中心频率点对应的四分之一波长。

作为上述方案的进一步改进，天线整体以信号馈入点为轴线呈轴对称分布。

作为上述方案的进一步改进，基板采用PCB板或冲压金属片，采用PCB板时，天线使PCB板表面的金属层制作；采用冲压金属片时，天线以金属冲压件的形式实现在冲压金属片上。

作为上述方案的进一步改进，匹配节连接在两个偶极子单元的起始端。

优选地，匹配节的长度基本等于天线所设计使用频段的中心频率点对应的四分之一波长。

本发明还提供上述任意天线的电倾角设计方法，天线的辐射方向通过垂直段与水平折线段的长度比例来控制，当相应偶极子单元的垂直段与水平折线段的长度比例均为1：1时，天线的辐射方向为45度夹角。

本发明将天线的振子(即偶极子单元)的整体长度看做垂直段和水平折线段两部分，在保证总的振子长度不变的情况下，通过水平折线段和垂直段的比例组合，实现天线辐射方向从垂直90度方向逐渐向水平0度移动的方法，同时，信号输入点使用了U型的半波折线的阻抗匹配线，将偶极子天线的阻抗转变为常规信号的阻抗，避免了信号传输中的反射损耗。天线整体结构设计可以采用冲压金属片或PCB板来设计，而为保证设计尺寸精度加工一致性及节省组装人工直接成本，本发明采用PCB板来设计。

附图说明

图1是本发明天线的结构示意图。

图2是垂直极化偶极子天线。

图3是水平极化偶极子天线。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参阅图1、图2及图3，本发明的天线包括一个基板10、以及设置在基板10上的一对偶极子单元20、一个信号馈入点50、一个由U形水平折线段组成的匹配节40。每个偶极子单元20具有起始端和终端，信号馈入点50与其中一个偶极子单元20的起始端连接。由U形折线段组成40的作用是实现信号传输线与天线偶极子单元20之间的阻抗匹配。

本发明设计基板10采用高介电常数的基板特性缩小天线的整体尺寸。基板10可采用PCB板或冲压金属片，采用PCB板时，天线除可使PCB板10表面的金属层制作；采用冲压金属片时，天线以金属冲压件的形式实现在冲压金属片上。为保证设计尺寸精度加工一致性及节省组装人工直接成本，本发明采用PCB板来设计，因此构成两组天线的所有组成部分都具备高度一致性，从而满足了大批量生产的要求。因此，天线可以在PCB基板上实现，使用PCB基板的高介电常数特性，实现天线的尺寸缩小，还可以用金属冲压件的形式实现。

每个偶极子单元20具有起始端和终端，信号馈入点50与其中一个偶极子单元20的起始端连接。每个偶极子单元20包括一段垂直段21和水平折线段22。垂直段21的一端为相应偶极子单元20的起始端，垂直段21的另一端向整个天线外侧垂直延伸的90°水平折线段22，水平折线段22的末端为相应偶极子单元20的终端。两个偶极子单元20呈交错放置，每个偶极子单元20的终端为90°水平折线段22，水平折线段22的作用为折线段位置可以调节偏转的角度。

两个垂直段21交错放置且相互平行，且通过一个由U形水平折线段组成的匹配节40连接，匹配节40实现信号传输线与两个偶极子单元20之间的阻抗匹配，匹配节40连接在两个偶极子单元20的起始端。一个U形的匹配节40连接在两个振子(即偶极子单元20)起始点，匹配节40的长度约等于天线所设计使用频段的中心频率点对应的四分之一波长。可以实现偶极子天线端口的阻抗与天线线路阻抗的高度匹配，防止偶极子天线本身阻抗与通讯线路阻抗不匹配所产生的信号反射损耗。

信号馈入点50位于两个垂直段21的交错部位之间并与相应偶极子单元20的垂直段21连接，两个水平折线段22位于这对偶极子单元20整体的相对两侧上。

每个天线振子(即偶极子单元20)的水平折线段22的起始点可以为零，实际上就是一个水平放置的垂直极化的偶极子天线，辐射方向为垂直90度，然后折线段逐渐开始增加，天线的辐射方向逐渐从垂直90度向水平方向移动，直至变成水平0度。

两个偶极子单元20的长度相等，每个偶极子单元20的总长度等于相应垂直段21和水平折线段22的长度之和。两个偶极子单元20的总长度可为对应天线工作频率的中心频率点的二分之一波长，每个偶极子单元20的长度可为对应天线工作频率的中心频率点的四分之一波长。两个天线振子的所有中段都在相同长度上采用折线段，振子的结构尺寸相同、排布方向相反，且上下错开一定的高度差距分布。天线整体可以信号馈入点50为轴线呈轴对称分布。

天线在电倾角设计时，可采用以下方法：天线的辐射方向通过垂直段21与水平折线段22的长度比例来控制，如，当相应偶极子单元20的垂直段21与水平折线段22的长度比例均为1：1时，天线的辐射方向为45度夹角。

两个天线振子组成斜角对称的辐射角度，即天线的辐射角度与水平折线段22的高度差产生的夹角的角度对应，两个偶极子单元20从馈电点50接收信号，并互为反方向，信号在经过直行段后，转入水平折线段22，在水平折线段22上的辐射信号方向就产生90°的变化，直行段21的辐射信号与水平折线段22的辐射信号在空中产生矢量相加，由此实现最终天线的辐射方向沿着轴线产生偏转，这样设计可以让常规天线只能两个沿着轴线传播的辐射信号可以实现上下角度的偏转。

本发明将天线振子的整体长度看做垂直段21和水平折线段22两部分，在保证总的振子长度不变的情况下，通过水平折线段22和垂直段21的比例组合，实现天线辐射方向从垂直90度方向逐渐向水平0度移动的方法，同时，信号输入点使用了U型的半波折线的阻抗匹配线(即U形的匹配节40)，将偶极子天线的阻抗转变为常规信号的阻抗，避免了信号传输中的反射损耗。

本实施例的这组交错放置的对称偶极子单元20，形成基本的偶极子天线，其增益值为理论值2.15dBi。在完全没有折线段的偶极子天线时，其辐射方向为常规的垂直极化辐射信号，如图2所示的仿真截图。

当每个振子段都设置了对称的折线段，天线振子上的电流方向沿着振子折角传播，产生方向改变，改变的电流和最初的电流产生的两个方向的辐射信号在空间做矢量合成，综合辐射信号角度产生偏转。

当折线段逐渐延长，直至整个天线振子产生90度偏转，变化成图3所示的仿真截图，本天线就变成常规的水平极化辐射信号。

综上所述，本发明的小尺寸电倾角天线在设计时，其设计方法的要点为：利用天线振子的不同折现角度实现天线辐射信号在空间角度的变化，可以灵活的实现信号的不同角度辐射。

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 (10)

1.一种天线，其包括一个基板(10)、以及设置在基板(10)上的一对偶极子单元(20)与一个信号馈入点(50)；每个偶极子单元(20)具有起始端和终端，信号馈入点(50)与两个偶极子单元(20)的起始端连接；其特征在于：每个偶极子单元(20)包括一段垂直段(21)和水平折线段(22)，垂直段(21)的一端为相应偶极子单元(20)的起始端，垂直段(21)的另一端向整个天线外侧垂直延伸的90°水平折线段(22)，水平折线段(22)的末端为相应偶极子单元(20)的终端；两个垂直段(21)交错放置且相互平行，且通过一个由U形水平折线段组成的匹配节(40)连接，匹配节(40)实现信号传输线与两个偶极子单元(20)之间的阻抗匹配；信号馈入点(50)位于两个垂直段(21)的交错部位之间并与两个垂直段(21)连接；两个水平折线段(22)位于这对偶极子单元(20)整体的相对两侧上。

2.如权利要求1所述的天线，其特征在于：两个偶极子单元(20)的总长度相等，每个偶极子单元(20)的总长度等于相应垂直段(21)和水平折线段(22)的长度之和。

3.如权利要求2所述的天线，其特征在于：两个偶极子单元(20)的总长度对应天线工作频率的中心频率点的二分之一波长。

4.如权利要求1所述的天线，其特征在于：两个偶极子单元(20)的结构尺寸相同、排布方向相反，且上下错开一定的高度差距分布。

5.如权利要求1所述的天线，其特征在于：每个偶极子单元(20)的长度对应天线工作频率的中心频率点对应的四分之一波长。

6.如权利要求1所述的天线，其特征在于：天线整体以信号馈入点(50)为轴线呈轴对称分布。

7.如权利要求1所述的天线，其特征在于：基板(10)采用PCB板或冲压金属片，采用PCB板时，天线使PCB板表面的金属层制作；采用冲压金属片时，天线以金属冲压件的形式实现在冲压金属片上。

8.如权利要求1所述的天线，其特征在于：匹配节(40)连接在两个偶极子单元(20)的起始端。

9.如权利要求8所述的天线，其特征在于：匹配节(40)的长度基本等于天线所设计使用频段的中心频率点对应的四分之一波长。

10.一种如权利要求1至9中任意一项所述的天线的电倾角设计方法，其特征在于：天线的辐射方向通过垂直段(21)与水平折线段(22)的长度比例来控制，当相应偶极子单元(20)的垂直段(21)与水平折线段(22)的长度比例均为1：1时，天线的辐射方向为45度夹角。