CN106356619B - 一种宽带高增益WiFi全向天线 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种宽带高增益的WiFi全向天线，主要解决目前WiFi天线带宽窄、增益低、结构复杂及全向性差的问题。本发明的PCB基板设计为上下表面都敷有铜箔的基板，即基板的上、下表面均设有走线完全相同的铜箔作为辐射体，并设有独立凸型地；馈电点到第一臂辐射单元有一段渐进匹配段；基板上、下表面辐射单元和凸型地分别通过金属化过孔连接；天线顶端设有加载单元。本发明在不增加天线尺寸情况下有效展宽天线带宽，提升增益且抑制方向图的偏角，在F4B基板上以小尺寸实现高增益、宽频带、低成本及全向性优良的WiFi天线，馈电方式简单，结构紧凑，易加工，具有更宽的应用领域，可用于5GHz WiFi频段通信系统。

Description

一种宽带高增益WiFi全向天线

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，尤其涉及WiFi天线，具体是一种宽频带、高增益和全向WiFi天线，应用于5GHz频段的高增益全向小型天线。

背景技术

随着无线通信技术的发展，使用WiFi网络的普及程度越来越高，并随着智能手机、平板电脑及各种智能设备的迅猛发展和大范围的普及，通过无线WiFi网络实现数据传输和交换如上网、传屏、拷贝文件等已经成为这些智能设备的基本功能配置。相对于有线方式而言，无线WiFi具有方便、快捷和移动性好等优点。随着传输速率的不断提高，无线WiFi成为移动便携设备的标配。无线WiFi技术已经成为我们日常生活中必不可少的网络技术。

由于受到家居和办公环境的限制，用户对天线信号的穿墙能力、天线带宽以及信号覆盖是否均匀提出了更高的要求，传统的WiFi天线已不能满足多种应用环境。目前市场上WiFi天线种类多样，性能差别也较大。现有的天线存在如增益不高和穿墙能力差等缺点，经多样本实测，不少厂家的WiFi天线的性能均有一定程度的夸大。现有的一般外置天线的样本实测中，均存在增益不高和带宽较窄的问题，增益一般为3～5dBi，比较典型的是很多标称为5dBi天线的增益一般实际只有3dBi左右，并且带宽比较窄。在5GHz频段中，一般只覆盖到5.725GHz～5.85GHz频率范围或者更小，并且信号覆盖全向性不均匀。

现有的高增益天线中，虽然增益在5GHzWiFi频段能达到6dBi以上，但尺寸比较大，携带不方便，而且在水平方向上出现明显的信号强点和信号弱点，在相同距离不同方位角度上呈现出明显的信号强度不均匀性。随着增益的增大，垂直方向上方向图的偏移也变大。另外，很多厂家为了实现其天线高增益而采用全金属材料作为天线组成部分，导致加工比较复杂和成本较高等问题。

因此设计出一款宽频带、高增益、小体积、结构简单，并且具有良好的全向性且低成本的WiFi天线具有很重要的工程价值和经济效益。

发明内容

本发明针对现有技术存在的带宽窄，增益小以及在相同距离不同方位角度上存在信号强度不均匀的问题，提供一种宽频带、高增益、全向的WiFi天线，较之传统的天线成本低廉，且能够获得更高的增益、更宽的阻抗带宽、更小的体积和更好的全向性能。

为了解决传统天线的技术问题，本发明采用如下技术方案：

本发明是一种宽带高增益WiFi全向天线，包括有射频同轴电缆、射频同轴电缆接入点、天线PCB基板和位于基板表面的天线辐射单元，所述的天线PCB基板为矩形基板，基板中的天线组成部分包括凸型地、射频同轴电缆接入点和辐射单元，辐射单元包括有第一臂振子辐射单元和第二臂振子辐射单元，两辐射单元之间用蛇形线相互连接；馈电点与辐射单元也有连接；射频同轴电缆接入点包括地线接入点和馈电点，其特征在于：PCB基板设计为上、下表面都敷有铜箔的基板，PCB基板的上、下表面设有走线完全相同的铜箔作为辐射体，辐射体为一体化结构，每一层的铜箔走线中的底端都设有独立的凸型地；馈电点位于第一辐射单元的底端，从馈电点到第一臂辐射单元有一段渐进匹配段；PCB基板上、下表面的两个辐射单元和凸型地分别均通过金属化过孔连接；天线顶端设有加载单元。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1本发明的PCB基板以及在PCB基板上下两层设有的铜箔层；通过在PCB基板上铺设铜箔层，在保证天线性能的前提下有效降低天线成本，通过合理的天线结构设计，利用两个串联排布辐射振子，实现天线高增益要求，两个天线辐射振子共轴排列，满足全向辐射特性，振子上设置有调谐支节，可调节天线的阻抗匹配和频率。

2本发明采用了凸型地结构，相对目前很多天线采用的U型地结构，凸型地用于阻抗匹配的调节更为方便和灵活，并且在实际焊接同轴电缆接入信号后，信号在使用凸型地焊点位置的影响比使用U型地的影响要小很多。

3本发明采用笼型天线思想，基板上下两层敷上完全相同的辐射贴片，通过金属化过孔连接上下表面辐射贴片，使得整个天线呈立体化结构，有效拓展天线带宽。

4本发明采用了天线末端加载金属贴片的方法，在增加天线增益的基础上，有效抑制串馈天线的方向图偏角的影响。

5本发明满足垂直极化，保证水平全向辐射，全频段增益达到6dBi以上,实现系统覆盖高增益要求。PCB基板的厚度为0.6mm，铜箔层的厚度为0.035mm，WiFi天线的阻抗为50欧姆，选用F4B高频介质基板作为天线载体，满足批量生产的一致性，通用性广，体积小，天线性能好。由于采用印制电路工艺，并对天线各个结构进行优化设计，具有良好宽带特性，在实现优异电气性能的同时降低生产成本。

附图说明

图1为本发明的WiFi天线三维结构示意图；

图2为本发明的WiFi天线单层平面俯视图；

图3为本发明的WiFi天线侧视图，也是本发明金属化过孔的分布示意图；

图4为本发明电压驻波比随频率变化曲线图；

图5为本发明方向图的全向性曲线图；

图6为本发明随频率变化的增益曲线图；

附图1中，各个标号所代表的部件列表如下：

1、PCB基板，2、凸型地，21、凸型地的第一枝节，22、凸型地的第二枝节，3、馈电接口，4、第一臂和渐进段一体化单元，41、辐射振子第一臂，42、渐进匹配段，5、金属蛇形线，51、第一类金属蛇形线矩形块，52、第二类金属蛇形线矩形块，53、连接第一臂和金属蛇形线的矩形块，6、第二臂振子辐射单元，61、第二臂的第一矩形调谐枝节，62、第二臂的第二矩形调谐枝节，63、第二臂的第三矩形调谐枝节，64、第二臂的第四矩形调谐枝节，65、第二臂的第五矩形调谐枝节，7、矩形加载单元，8、连接上下表层凸型地的金属化过孔，9、连接第一臂单元上下表层的三排金属化过孔，10、连接第二臂上下表层的两排金属化过孔。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征详细描述，以示意图方式说明本发明的基本结构，因此所举实施例仅显示与本发明有关的构成。

随着现在WiFi网络的普及程度越来越高，以及智能手机、平板电脑及各种智能设备的迅猛发展和大范围的普及，用户和厂家对WiFi信号的要求也越来越高，而天线作为无线通信的信号转换装置，在WiFi信号传输中扮演了一个非常重要的角色。目前的各种天线中，尺寸﹑结构﹑带宽﹑增益以及方向性等性能各异，很多一般的普通外置天线，多是采用PCB板结构或者金属棒结构，虽然结构尺寸也不大，但是增益比较小，并且带宽也比较窄；而现有的高增益天线中，虽然增益比较大，但尺寸也比较大，携带不方便，并且带宽也比较窄，方向图的全向性差。

本发明针对此现状以及存在的技术问题展开了研究与探讨，提供了一种宽带﹑高增益﹑小尺寸﹑结构简单，成本低廉的WiFi全向天线。

实施例1

本发明是一种宽带高增益WiFi全向天线，包括有射频同轴电缆、射频同轴电缆接入点、天线PCB基板1和位于基板表面的天线辐射单元，天线PCB基板1为矩形基板，基板中的天线组成部分包括凸型地2、射频同轴电缆接入点和辐射单元，辐射单元包括有第一臂振子辐射单元41和第二臂振子辐射单元6，两辐射单元之间用蛇形线5相互连接；馈电点3与辐射单元也有连接；第一臂振子辐射单元41与第二臂振子辐射单元6用蛇形线5相互连接；射频同轴电缆接入点包括地线接入点和馈电点，也即第一臂振子辐射单元41与第二臂振子辐射单元6之间用蛇形线5相互连接。参见图1，本发明的PCB基板1设计为上、下表面都敷有铜箔的基板，PCB基板1的上、下表面设有走线完全相同的铜箔作为辐射体，辐射体也称作辐射单元，或者说基板的上﹑下表面设有走线完全相同的铜箔层为天线辐射单元，即以基板平面为中心对称的天线辐射单元，辐射体为一体化结构，每一层的铜箔走线中的底端都设有独立的凸型地2。在本发明中每一层的铜箔走线的底端都设有完全相同的凸型地2，用来更方便的调节天线的阻抗匹配。馈电点3位于第一辐射单元41的底端，从馈电点3到第一臂辐射单元41有一段渐进匹配段42。PCB基板1上、下表面的两个辐射单元和凸型地2分别均通过金属化过孔连接；天线顶端设有加载单元7。

在目前的大量天线中，结构尺寸不大时，增益比较小，带宽也比较窄，很多情况下水平辐射方向图也不均匀。而现有的高增益天线中，虽然增益高，但尺寸比较大，携带不方便，信号分布不均匀并且偏角大。本发明采用笼型天线思想，基板上下两层敷上完全相同的辐射贴片，通过金属化过孔连接上下表面辐射贴片，使得整个天线呈立体化结构，有效拓展天线带宽；通过合理的天线结构设计，利用两个串联排布辐射振子，实现天线高增益要求；两个天线辐射振子共轴排列，满足全向辐射特性，振子上设置有调谐支节，可调节天线的阻抗匹配和频率；在天线顶端加载单元，有效抑制偏角。

相对于小尺寸天线而言，本发明克服了增益低﹑带宽窄等缺点；也解决了大尺寸天线虽然增益高，但是尺寸大携带不方便，全向性差且偏角较大的不足，本发明同时具有尺寸小携带方便，增益高﹑宽带﹑全向性好以及偏角抑制佳的优点。

实施例2

宽带高增益WiFi全向天线的总体构成同实施例1，本发明中加载单元7是由矩形铜片构成，加载单元7与天线顶端的缝隙距离为0.2mm，加载单元7的尺寸为1mm*3mm。

本发明采用了天线顶端加载金属贴片即加载单元7的技术方案，在增加天线增益的基础上，能有效抑制串馈天线的方向图偏角的影响。缝隙距离与顶端加载单元7的尺寸根据实际需要进行调整。如果偏角过大，通过调节尺寸或者根据天线大小进行调整。在本例中，加载单元7与天线顶端的缝隙距离为0.2mm，加载单元7的尺寸为1mm*3mm，经实测证明，偏角抑制效果最好。

实施例3

宽带高增益WiFi全向天线的总体构成同实施例1-2，本发明中凸型地2由两部分矩形块一体化组成，第一个矩形块21的尺寸为2.5mm*2mm，第二个矩形块22的尺寸为6.5mm*8mm；都是沿基板轴线排布。实测证明，在该结构尺寸下，该凸型地实现了良好的阻抗匹配。

实施例4

宽带高增益WiFi全向天线的总体构成同实施例1-3，本发明整个天线采用串馈结构，在PCB基板1的上表面和下表面均设有两个作为终端设备射频同轴电缆接入点的焊接点，两个焊接点具体位置分别在凸型地2顶端边侧和馈电点3上。具体操作时，将同轴电缆的地线焊接在凸型地2顶端边侧任意位置均可作为地线接入点，当地线焊接在上表面时，将同轴电缆的内芯也焊接在上表面渐进匹配段的底端矩形块上作为芯线接入点，该点即为终端设备射频同轴电缆接入点的焊接点之一，称作馈电点3；当地线焊接在下表面时，则将同轴电缆的内芯焊接在下表面渐进匹配段的底端矩形块作为一个芯线接入点。

现有技术中，同轴电缆地线一般是焊接在U型地的顶部中央，其焊接点的位置固定不能做出灵活选择而且极易受到芯线焊接位置的限制，而本发明同轴电缆的地线焊接在凸型地2顶端边侧任意位置，几乎不受芯线焊接位置的影响，充分的利用了有限空间。

馈电点3的尺寸为0.5mm*1mm，馈电点3与第一臂辐射单元41之间的渐进段42的轴向距离为1.5mm。经过实测证明，在该尺寸下，射频信号入口能实现与天线之间良好的阻抗匹配。

实施例5

宽带高增益WiFi全向天线的总体构成同实施例1-4，本发明天线两个辐射单元之间的中心间距控制在0.7～0.85个工作波长范围内，天线两个辐射单元中心之间的物理间距为38mm～46mm。

本例中，两个辐射单元之间的中心间距为0.7个工作波长，天线两个辐射单元中心之间的物理间距为38mm；经试验验证，在该尺寸下，天线实现了高增益性能，在工作频带内增益大于6dBi。

实施例6

宽带高增益WiFi全向天线的总体构成同实施例1-5，本发明连接第一臂辐射单元41和第二臂辐射单元6的蛇形线5由两种不同尺寸的矩形条51、52交替组合构成，其中矩形条51尺寸为4.5mm*0.5mm，矩形条51尺寸为6mm*1mm；该段蛇形线共弯曲4.5次。本例中，两个辐射单元之间的中心间距为0.8个工作波长，天线两个辐射单元中心之间的物理间距为43mm。经过试验验证，该天线呈现了良好的串馈性能，实现了高增益,参见图6，在工作频带内本发明无论是仿真结果还是实测结果增益均大于6dBi。

实施例7

宽带高增益WiFi全向天线的总体构成同实施例1-6，本发明第一臂辐射单元41和第二臂辐射单元6之间的直线距离为16.5～17.5mm。第一臂辐射单元41的尺寸为11mm*5mm。第二臂辐射单元6由五个矩形块组合一体化构成，其第一矩形块61的尺寸3mm*2mm，第二矩形块62的尺寸为11mm*5mm，第三矩形块63的尺寸为4mm*3mm，第四矩形块64的尺寸为3mm*5mm，第五矩形块65的尺寸为1mm*3mm。这样设计有效克服了方向性不均匀的缺点和调节天线的工作频率。

本例中，本发明第一臂辐射单元41和第二臂辐射单元6之间的直线距离为16.5mm。本例中，两个辐射单元之间的中心间距在0.85个工作波长，天线两个辐射单元中心之间的物理间距为46mm；在该尺寸下，参见图4，天线实现了良好的调谐，使得天线的中心频率的灵活调整到所需要的频率点。

实施例8

宽带高增益WiFi全向天线的总体构成同实施例1-7，本发明中位于凸型地的金属化过孔8、位于第一臂辐射单元中的金属化过孔9和位于第二臂辐射单元中的金属化过孔10分别用于连接PCB基板1的上下表面的铜箔层，所有的金属化过孔的直径为0.2mm～0.5mm，金属化过孔的孔间距为1mm～2mm，金属化过孔的直径和间距根据实际加工需要调节，金属化过孔的直径和间距都是需要控制的，过孔的直径过大，会导致上下两层不能有效连接，过孔过小，会导致加工困难；同样过孔之间的间距过大会导致上下两层不能有效连接，间距过小也会导致加工困难；本发明经过优化设计和反复试验，给出最佳的金属化过孔的尺寸和间距范围。本例中，金属化孔直径的0.3mm,间距为1.5mm，保证了上下两个铜箔层能有效连接，第一臂辐射单元41和第二臂辐射单元6之间的直线距离为17mm。参见图4，在频率5.15GHz～5.85GHz驻波基本都小于1.5，通过实验验证，在该尺寸下，有效地展宽了天线的带宽。

实施例9

宽带高增益WiFi全向天线的总体构成同实施例1-8，本发明PCB板1的厚度为0.6mm，材质的介电常数为2.65的F4B高频板材料；天线的尺寸为80mm*8mm*0.6mm。本发明采用两层结构设计，在很小的尺寸范围内，拓展了天线的带宽，同时其结构小，可以用于对尺寸要求苛刻且满足高增益和宽带的应用场合，大大延伸了应用领域。

本例中，金属化孔直径的0.4mm,间距为2mm,第一臂辐射单元41和第二臂辐射单元6之间的直线距离为17.5mm,通过实例论证，在该尺寸下，天线表现出良好的宽频段特性和高增益特性，具体参见图4和图6。

实施例10

宽带高增益WiFi全向天线的总体构成同实施例1-9，本例再对宽频带高增益WiFi全向天线进一步详细描述，参见图1，宽带高增益WiFi全向天线包括有射频同轴电缆、天线PCB基板1和天线辐射单元；天线PCB基板1为矩形的F4B材质基板，在基板1的上表面和下表面均设有两个作为终端设备射频信号入口焊接点，同轴电缆的地线焊接在凸型地2顶端边侧，同轴线的内芯焊接在馈电点3上面作为终端设备射频信号入口；本发明的第一辐射振子单元41和第二辐射振子单元6通过一段金属蛇形线5电连接；第二臂辐射单元6分别设有五个矩形调谐枝节用于调谐；本发明的PCB基板1的上、下表面都设有走线完全相同铜箔层作为辐射体，位于基板上、下层表面有着独立结构尺寸的凸型地2，射频同轴电缆的编织层与凸型地上的焊接点电连接；从馈电点3到第一臂辐射单元41有一段渐进匹配段42，处于第一臂辐射单元41方位中的金属化过孔9和处于第二臂辐射单元6方位中的金属化过孔10分别连接基板上、下表面辐射体单元，位于凸型地方位的金属化过孔8连接凸型地2上、下表面。本发明的天线顶端设有加载单元7。

参见图2，第一振子单元41和第二振子单元6均为矩型印刷振子，两组矩形印刷全向辐射振子呈共轴通过蛇形线5串联排列于PCB板1的上﹑下表面；两元矩形印刷全向振子采用串馈方式。

本发明的第一臂辐射单元41和第二臂辐射单元6之间的蛇形线5可以调谐和调节阻抗匹配；第二臂辐射单元6的各个不同尺寸矩形块用于调节阻抗匹配和调谐。

一段蛇形线5用于连接第一臂辐射单元41和第二臂辐射单元6，通过调节蛇形线的长度，宽度和弯曲线数目来调谐和调节振子之间的电流幅度和相位，为第二臂辐射单元6提供馈电，也作为本发明天线的一部分参与辐射。

在本例中，两个辐射单元之间的中心间距在0.75个工作波长，天线两个辐射单元中心之间的物理间距为40.5mm；第一臂辐射单元41和第二臂辐射单元6之间的直线距离为17.2mm,金属化孔直径的0.2mm,间距为1.5mm，通过实验验证，在该尺寸下，具体参见图4，本发明实现了天线的宽频带；参见图5，本发明实现了高增益以及良好的全向性能，见图6。

实施例11

宽带高增益WiFi全向天线的总体构成同实施例1-10，本发明的射频同轴电缆接入点也称作射频信号入口，包括凸型地2的第二矩形块22和位于渐进匹配段42边上的馈电点3的焊盘；馈电点3焊盘上焊接射频同轴电缆芯线，凸型地第二矩形块22顶端边侧中心处焊接射频同轴电缆外层地线；整个天线包括基板上下两层通过金属化过孔连接的双层辐射单元，馈电点3设在基板上或下表面。

凸型地2由两部分矩形块组成，第一个矩形块21的尺寸为2.5mm*2mm；第二个矩形块22的尺寸为6.5mm*8mm；都是沿轴线排布。

沿着凸型地2外围放置一排U型金属化过孔8，用于连接凸型地2的上下两层，金属化过孔的直径为0.4mm；横向金属过孔之间的距离为1mm,数量为7个；两排纵向过孔，过孔之间的距离为2mm，每排过孔的数目为7个。

本发明的馈电点3的尺寸为0.5mm*1mm，馈电点3与第一矩形臂辐射单元之间的渐进段42的轴向距离为1.5mm。

第一臂辐射单元41的尺寸为11mm*5mm，连接第一臂的上下两层是三排金属化过孔，连接位于馈电点的一个金属化过孔的直径为0.4mm；分别位于渐进匹配段42两侧各有两个直径为0.2mm的金属化过孔，两个过孔之间的距离为1.1mm；三排纵向金属化过孔均匀排布，直径均为0.2mm，金属化过孔之间纵向距离为1mm，横向距离为1.6mm,每排过孔的数目为7个。

蛇形线5由两种不同宽度的矩形条交替组合而成，其尺寸分别为4.5mm*0.5mm、6mm*1mm；该段蛇形线共弯曲4.5次。蛇形线5的起始点与第一臂辐射单元41的末端通过一段矩形块53连接，该矩形块的尺寸为1mm*0.5mm。

第一臂辐射单元41和第二臂辐射单元6之间的直线距离为16.8mm。第二臂辐射单元6由五个矩形块组合而成，尺寸分别为：3mm*2mm、11mm*5mm、4mm*3mm、3mm*5mm、1mm*3mm。

两个辐射单元之间的中心间距在0.85个工作波长，天线两个辐射单元中心之间的物理间距为46mm；连接第二臂辐射单元41的上下两层的两排交叉排布的金属化过孔10的直径为0.2mm,每一排金属化过孔的数目为3个，三个之间的距离为1mm，两排金属化过孔的交叉距离为横向2mm,纵向3.6mm。

加载贴片7的尺寸为1mm*3mm。第二臂辐射单元6和加载贴片7之间的缝隙距离为0.2mm。

PCB板1的厚度为0.6mm，材质为介电常数2.65的F4B材料。天线的尺寸为80mm*8mm*0.6mm。

在本例中，该天线的增益超过了6dBi，并且阻抗匹配良好，带宽明显超过了一般的WiFi天线，并且在天线水平面上在相同距离不同角度之间的信号强度相差较小，实现了良好的全向性能,具体参见图5，显示在水平全向上信号强度的分布比较均匀，在不同的方位角度之间没有明显的信号强点和信号弱点。

实施例12

宽带高增益WiFi全向天线的总体构成同实施例1-11，图1为本发明一种宽频带高增益WiFi全向天线的三维结构示意图；图2为本发明一种宽频带高增益WiFi全向天线的具体实施例平面俯视结构示意图；图3为本发明一种宽频带高增益WiFi全向天线的侧视结构示意图；如图1、图2和图3所示本发明一种宽频带高增益WiFi全向天线，一种宽频带高增益WiFi全向天线，包括设置于PCB板1上的辐射振子单元、馈电接口3、天线的凸型地2的第一矩形块21和第二矩形块22；该凸型地2附着于基板1上下表面通过金属化过孔8连接；该天线包括两个辐射振子单元41、6，分别用一段蛇形线5连接，呈共轴排列于PCB板1的上下表面；振子单元的第一臂辐射单元41与馈电接口3通过匹配渐进段42连接；振子单元第一臂辐射单元41上下表面通过金属化过孔9连接；第二臂辐射振子单元6由五段矩形调谐枝节组成，依次分别为第一调谐枝节61，第二调谐枝节62，第三调谐枝节63，第四调谐枝节64，第五调谐枝节65；第二臂辐射单元6上下表面由金属化过孔10连接；天线顶端放置一段矩形贴片7用作天线加载单元。在基板1的上表面和下表面均设有两个作为终端设备射频同轴电缆接入点的焊接点，同轴电缆的地线焊接在凸型地2第二矩形块22顶部边侧，同轴线的内芯焊接在馈电点3上面作为终端设备射频信号入口。

在本实施例中，PCB板1的厚度为0.6mm，材质为介电常数2.65的F4B材料，天线的尺寸为80mm*8mm*0.6mm；天线两个辐射单元之间的间距在0.8个工作波长，具体的，间距为43mm；该WiFi天线采用串馈方式，馈电位置3位于辐射振子第一臂渐进段42的末端；凸型地2由两部分矩形块组成，第一个矩形块21的尺寸为2.5mm*2mm；第二个矩形块22的尺寸为6.5mm*8mm；都是沿轴线排布。连接第一臂和渐进匹配段一体化单元4的上下两层是三排金属化过孔9，连接位于馈电点3的一个金属化过孔的直径为0.4mm；分别位于渐进匹配段42两侧各有两个直径为0.2mm的金属化过孔，两个过孔之间的距离为1.1mm；三排纵向金属化过孔均匀排布，直径均为0.2mm，金属化过孔之间纵向距离为1mm，横向距离为1.6mm,每排过孔的数目为7个；连接第一臂单元41和第二臂6的蛇形线5由两种不同宽度的矩形条51、52交替组合而成，其尺寸分别为4.5mm*0.5mm、6mm*1mm；该段蛇形线5共弯曲4.5次。第一臂4和第二臂6之间的直线距离为17mm。第二臂6由五个矩形块组合而成，尺寸分别为：3mm*2mm、11mm*5mm、4mm*3mm、3mm*5mm、1mm*3mm。连接第二个臂辐射单元6的上下两层的两排交叉排布的金属化过孔10的直径为0.2mm，每一排金属化过孔的数目为3个，每一排的每个金属化过孔之间的距离为1mm，两排金属化过孔的交叉距离为横向2mm，纵向3.6mm；第二臂6和加载贴片7之间的缝隙距离为0.2mm，加载贴片7的尺寸为1mm*3mm。根据双层覆铜高频介质基板板1的厚度和介电常数计算得出，从馈电接口3处开始沿渐进匹配段42逐渐变宽，渐进到第一臂辐射单元41。馈电接口3上的金属过孔直径在0.4mm，馈电点3的尺寸为0.5mm*1mm。

通过同轴电缆的地线焊接在凸型地2第二矩形块22顶部边侧，同轴线的内芯焊接在馈电点3上面作为终端设备射频信号入口对整个天线提供馈电，利用金属蛇形线5连接两个辐射单元41、6，除了给第二臂辐射单元6提供串联馈电，通过调节蛇形线5的单元尺寸和弯折数目还可控制第二臂辐射单元6的激励电流的幅度和相位，通过调节第二臂辐射单元6的馈电幅度和相位，使得该天线等效为一个串联馈电二元天线阵列，这样明显的提升了天线的增益；在本发明中，第二臂辐射单元6由多节矩形调谐支节组成，调谐支节用于改善整个工作频带内性能，拓展天线带宽和改善了方向图的全向性；为了拓展天线的带宽，同时还引入了笼型天线的思想，基板上下两个面均放置走向完全一样的辐射贴片，通过金属化过孔把基板1上下表面连接在一起，形成立体化天线结构，有效拓展天线的带宽。该天线由于为串馈天线形式，串馈天线会带来一大缺点就是方向图会偏角，并且会随着串联的振子单元越多，方向图偏离水平方向的偏角越严重，而在天线顶端放置加载单元7，能有效的抑制方向图的偏角，并在一定程度上改善天线增益。

本发明可工作于5G频段WiFi系统，图4为天线电压驻波比随频率变化曲线示意图，图5为天线方向图全向型曲线示意图，图6为天线天线增益随频率变化曲线示意图，如图4所示，在本发明中，在WiFi频率5.15GHz～5.85GHz，驻波比小于1.5。并且本天线的驻波比小于2的整个频带为5.05GHz～6.55GHz，明显表现了该天线的宽频带特性；由图5所示，天线方向图的全向型良好，基本上在水平方向呈全向辐射；本发明由于采用共轴串联馈电两单元组阵设计思路，满足垂直极化，保证水平全向辐射，全频段增益达到6dBi以上，典型的增益曲线图如图6所示，实现系统覆盖高增益要求。

简而言之，本发明公开的一种宽带高增益的WiFi全向天线，主要解决目前WiFi天线带宽窄、增益低、结构复杂及全向性差的问题。本发明的PCB基板设计为上下表面都敷有铜箔的基板，基板的上、下表面设有走线完全相同的铜箔作为辐射体并设有独立凸型地；馈电点到第一臂辐射单元有一段渐进匹配段；基板上、下表面辐射单元和凸型地分别通过金属化过孔连接；天线顶端有加载单元。本发明在不增加天线的尺寸情况下有效展宽天线的带宽，提升增益并且抑制方向图的偏角，在F4B基板上以小尺寸实现高增益、宽频带、低成本及全向性指标优良的WiFi天线，馈电方式简单，结构简单，易加工，具有更宽的应用领域，可用于5GHz WiFi频段通信系统。

以上所述本发明的思想实施作为启示，通过上述的说明内容，相关技术人员可以在不偏离本项发明技术的思想范围内，进行多样的拓展与修改。本项发明的技术范围并不局限于说明书上的范围，需根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (8)

1.一种宽带高增益WiFi全向天线，包括有射频同轴电缆、射频同轴电缆接入点、天线PCB基板(1)和位于基板表面的天线辐射单元，所述的天线PCB基板(1)为矩形基板，基板中的天线组成部分包括凸型地(2)、射频同轴电缆接入点和辐射单元，辐射单元包括有第一臂振子辐射单元(41)和第二臂振子辐射单元(6)，两辐射单元之间用蛇形线(5)相互连接；馈电点(3)与辐射单元也有连接；射频同轴电缆接入点包括地线接入点和馈电点，其特征在于：PCB基板(1)设计为上、下表面都敷有铜箔的基板，PCB基板(1)的上、下表面设有走线完全相同的铜箔作为辐射体，辐射体为一体化结构，每一层的铜箔走线中的底端都设有独立的凸型地(2)；馈电点(3)位于第一辐射单元(41)的底端，从馈电点(3)到第一臂辐射单元(41)有一段渐进匹配段(42)；PCB基板(1)上、下表面的两个辐射单元和凸型地(2)分别均通过金属化过孔连接；天线顶端设有加载单元(7)；PCB基板(1)的厚度为0.6mm，铜箔层的厚度为0.035mm，WiFI天线的阻抗为50欧姆，选用F4B高频介质基板作为天线载体。

2.根据权利要求1所述的一种宽带高增益WiFi全向天线，其特征在于，所述加载单元(7)是由矩形铜片构成，加载单元(7)与天线顶端的缝隙距离为0.2mm，加载单元(7)的尺寸为1mm*3mm；缝隙距离与顶端加载单元(7)的尺寸根据实际需要进行调整。

3.根据权利要求1所述的一种宽带高增益WiFi全向天线，其特征在于，所述凸型地(2)由两部分矩形块一体化组成，第一个矩形块(21)的尺寸为2.5mm*2mm，第二个矩形块(22)的尺寸为6.5mm*8mm；都是沿基板轴线排布。

4.根据权利要求1所述的一种宽带高增益WiFi全向天线，其特征在于，整个天线采用串馈结构，同轴电缆的地线接在凸型地(2)顶端边侧任意位置，同轴电缆芯线接在馈电点(3)上面；馈电点(3)的尺寸为0.5mm*1mm，馈电点(3)与第一臂辐射单元(41)之间的渐进段(42)的轴向距离为1.5mm。

5.根据权利要求1所述的一种宽带高增益WiFi全向天线，其特征在于，天线两个辐射单元之间的中心间距在0.7～0.85个工作波长范围内，即天线两个辐射单元中心之间的物理间距为38mm～46mm。

6.根据权利要求1所述一种宽带高增益WiFi全向天线，第一臂辐射单元(41)和第二臂辐射单元(6)之间的直线距离为16.5～17.5mm，第一臂辐射单元(41)的尺寸为11mm*5mm；第二臂辐射单元(6)由五个矩形块组合一体化构成，其第一矩形块(61)的尺寸3mm*2mm，第二矩形块(62)的尺寸为11mm*5mm，第三矩形块(63)的尺寸为4mm*3mm，第四矩形块(64)的尺寸为3mm*5mm，第五矩形块(65)的尺寸为1mm*3mm。

7.根据权利要求1所述的一种宽带高增益WiFi全向天线，其特征在于，所有的金属化过孔的直径为0.2mm～0.5mm，金属化过孔的孔间距为1mm～2mm，金属化过孔的直径和间距根据实际加工需要调节。

8.根据权利要求1所述的一种宽带高增益WiFi全向天线，其特征在于，所述PCB基板(1)的厚度为0.6mm，基板材质是介电常数为2.65的F4B高频板材料；天线的结构尺寸为80mm*8mm*0.6mm。