CN106654561B - 一种圆心对称结构高增益超宽带定向天线 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种圆心对称结构高增益超宽带定向天线。所述定向天线包括以圆心为对称中心呈中心对称的圆形金属图案和分别位于所述圆形金属图案中心位置以及直径两端点位置的三个馈点，所述三个馈点所在直径将所述圆形金属图案分为呈中心对称的两半部分，所述定向天线用于发射或接收2.5GHz～8GHz的电磁波信号。本发明可以选择不同频段，避开强干扰、信道恶劣的情况，以高增益传输通信信号。

Description

一种圆心对称结构高增益超宽带定向天线

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，尤其涉及一种圆心对称结构高增益超宽带定向天线。

背景技术

定向天线(Directional antenna)是指在某一个或某几个特定方向上发射及接收电磁波特别强，而在其他的方向上发射及接收电磁波则为零或极小的一种天线。采用定向天线的目的是增加辐射功率的有效利用率，增加保密性，或者增强信号强度增加抗干扰能力。

实际应用中，定向天线由于所处环境存在强干扰导致其信道条件较为恶劣，导致定向天线的增益降低，影响使用。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种圆心对称结构高增益超宽带定向天线，以解决现有技术中定向天线在强干扰以及信道条件恶劣情况下增益降低的问题。

本发明实施例提供了一种圆心对称结构高增益超宽带定向天线，所述定向天线包括以圆心为对称中心呈中心对称的圆形金属图案和分别位于所述圆形金属图案中心位置以及直径两端点位置的三个馈点，所述三个馈点所在直径将所述圆形金属图案分为呈中心对称的两半部分，所述定向天线用于发射或接收2.5GHz～8GHz的电磁波信号。

可选地，所述圆形金属图案包括位于所述三个馈点所在直径两侧的第一金属图案和第二金属图案；所述第一金属图案与所述第二金属图案以圆心为对称中心呈中心对称。

可选地，所述第一金属图案包括：第一金属线、第二金属线、第三金属线、第四金属线、第五金属线和第六金属线；

所述第一金属线为分别连接所述三个馈点的直线段，所述第二金属线为半圆形金属线段，所述第一金属线和所述第二金属线构成一封闭的半圆形；

所述第三金属线为以中心馈点为弧心的弧度为90度的圆弧形金属线段，所述第四金属线连接所述第三金属线的一端和所述第二金属线的中点，所述第三金属线、所述第四金属线、所述第二金属线和第一金属线的一部分构成一封闭的四分之一环形区域；

所述第五金属线为多线段构成半钉型线段，包括：第一子金属直线段、第二子金属直线段、第三子金属直线段、第四子金属直线段和第一子金属弧线段；所述第一子金属直线段与所述第四金属线平行，且所述第一子金属直线段的第一端连接所述第一金属线，连接点位于第一馈点与中心馈点之间；所述第二子金属直线段与所述第一金属线平行，且其第一端连接所述第一子金属直线段的第二端；所述第四子金属直线段平行于所述第一金属线；所述第三子金属直线段的第一端连接所述第二子金属直线段的第二端，其第二端连接所述第四子金属直线段的第一端；所述第一子金属弧线段的第一端连接所述第四子金属直线段的第二端，其第二端连接第二馈点；第六金属线的第一端连接所述第三金属线的第二端，其第二端连接所述第二子金属直线段。

可选地，所述第一金属线、所述第二金属线、所述第三金属线、所述第四金属线、所述第五金属线和所述第六金属线为预设宽度和预设厚度的金属薄层。

可选地，所述圆形金属图案的直径长度为2厘米。

可选地，所述定向天线的垂直面增益大于3dB。

可选地，所述定向天线的垂直面增益大于3dB时，对应的辐射角大于60°。

由上述技术方案可知，本发明通过在定向天线中设置圆心对称的圆形金属图案和设置该定向天线具有三个馈点，并且上述三个馈点分别位于上述圆形金属图案的圆心和某一直径的两端点位置，他们所在直径与该圆形金属图案的对称轴重合。本发明实施例中利用该圆形金属图案可以发射或者接收第一频段或者第二频段内的电磁波信号。与现有技术相比较，本发明可以在强干扰、信道条件恶劣情况下，选择不同频段进行通信，可以选择性避开强干扰频段，使通信信号以高增益传输。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的一种圆心对称结构高增益超宽带定向天线俯视图；

图2是图1所示定向天线2～8GHz远场增益图(θ＝0°、)；

图3是图1所示定向天线2～8GHz远场增益图(θ＝35°、)；；

图4～图5是图1所示定向天线2GHz远场的斜下方俯视图和侧视图图；

图6～图9分别是图1所示定向天线在θ＝0°，35°以及125°时2GHz远场方向图；

图10～图11是图1所示定向天线5GHz远场侧视图；

图12～图15分别是图1所示定向天线在θ＝0°，35°以及130°时5GHz远场方向图；

图16～图17是图1所示定向天线8GHz远场方向图；

图18～图21分别是图1所示定向天线在θ＝0°，35°以及105°时8GHz远场方向图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例提供了一种圆心对称结构高增益超宽带定向天线，如图1所示，所述定向天线包括：关于以圆心为对称中心呈中心对称的圆形金属图案0和分别位于所述圆形金属图案中心位置以及直径两端点位置的三个馈点A、B和C，所述三个馈点A、B和C所在直径将所述圆形金属图案0分为呈中心对称的两半部分，所述定向天线用于发射或接收2.5GHz～8GHz的电磁波信号，所述圆心为圆形金属图案的圆心。

实际应用中，本发明实施例中上述定向天线还包括基板(图中未示出)，上述圆形金属图案0直接贴合在上述基板表面，或者利用现有物理气相工艺或化学沉积工艺形成在基板上。本领域技术人员可以根据具体场景选择合适的工艺将圆形金属图案贴合到基板上，本发明不作限定。

实际应用中，上述圆形金属图案0的直径长度为2厘米，且由预设宽度和预设厚度的金属薄层实现，如图1所示，图1所示黑线表示各条金属薄层。该金属薄层的宽度与厚度可以根据具体使用场景进行选择，本发明不作限定。

实际应用中，上述圆形金属图案0包括第一金属图案和第二金属图案。如图1所示，该第一金属图案与第二金属图案分别位于直径AC(以第一馈点A和第二馈点C为端点形成的金属线)两侧。其中，该第一金属图案位于直径AC的右侧，上述第二金属图案位于直径AC的左侧，两者关于圆心(即中心馈点B)对称即圆心对称，也称为中心对称。

如图1所示，上述第一金属图案包括第一金属线1、第二金属线2、第三金属线3、第四金属线4、第五金属线5和第六金属线6。如图1所示，其中：

第一金属线1为分别连接上述三个馈点(第一馈点A、中心馈点B和第二馈点C)的直线段(即直径AC)。第二金属线2为半圆形金属线段。第一金属线1和第二金属线2构成一封闭的半圆形(如图1所示，该半圆形形似“D”型)。

第三金属线3为以中心馈点B为圆点且预设半径的四分之一长度圆形金属线段，即第三金属线为以中心馈点为弧心的弧度为90度的圆弧形金属线段。该预设半径小于第一金属线1长度的一半，即该预设半径小于圆形金属图案的半径。第四金属线4连接第三金属线3的一端和第二金属线2的中点D。第三金属线3、第四金属线4、及第二金属线2和第一金属线的一部分构成一封闭的四分之一环形区域，参见第一金属图案右上角四分之一环形区域。

第五金属线5为多线段构成半钉型线段，包括：第一子金属直线段51、第二子金属直线段52、第三子金属直线段53、第四子金属直线段54和第一子金属弧线段55。第一子金属直线段51与第四金属线4平行，且第一子金属直线段51的第一端连接第一金属线1，连接点E位于第一馈点A与中心馈点B之间。第二子金属直线段52与第一金属线1平行，且其第一端连接第一子金属直线段51的第二端；第四子金属直线段54平行于第一金属线1；第三子金属直线段53的第一端连接第二子金属直线段52的第二端，其第二端连接第四子金属直线段54的第一端。第一子金属弧线段55的第一端连接第四子金属直线段54的第二端，其第二端连接第二馈点C。可见，上述第五金属线5与第一金属线1形成半钉型。

第六金属线6的第一端连接第三金属线的第二端，其第二端连接第二子金属直线段，连接点位于该第一子金属直线段的第一端和第二端之间。

可理解的是，本发明实施例中第一金属线1、第二金属线2、第三金属线3、第四金属线4、第五金属线5和第六金属线6为预设宽度和预设厚度的金属薄层。本发明实施例中预设宽度和预设厚度可以根据具体场景进行选择，本发明不作限定。

本发明实施例提供的定向天线工作在第一频段为2.5GHz～8GHz，并且在上述频段内具有良好的辐射特性，并且具有较高的增益。图2示出来了本发明实施例提供的定向天线在θ＝0°、时2～8GHz的增益图。参见图2，上述定向天线在垂直面大于3dB的频段为2～8GHz。如图3所示，上述定向天线在θ＝35°、时2～8GHz的增益图。参见图3，在2～8GHz频段内，上述定向天线在垂直面小于3dB。

图4～图5示出了图1所示定向天线2GHz远场方向图。参见图4和图5，该定向天线在2GHz时，在天线所在平面，该远场方向图呈现并列桃型，说明该定向天线具有较好的辐射特性，且辐射范围较大。图6～图9分别是图1所示定向天线在θ＝0°，35°以及125°时2GHz远场方向图。参见图6～图9，在不同远场角时，例如在时，θ＝90°时该定向天线增益为最小值，随着θ值增大到125°时该定向天线增益增大到最大值，然后当θ值增大到205°时增益降到最小值。也就是说，该定向天线的增益以90°为一个周期，在增益最大值与最小值之间变化。

图10～图15示出了定向天线的5GHz远场方向图。图10示出了该定向天线在时远场侧视图。参见图10，在时该定向天线的辐射范围形似一规则的“杏仁”型，并且关于水平面对称。参见图11，在时该定向天线的辐射范围形似一规则的“桃”型，“桃型”关于中间开口处对称。并且，该定向天线的辐射范围关于水平面对称。参见图12～图15，在不同远场角时，例如在时，θ＝90°时该定向天线增益为最小值，随着θ值增大到125°时该定向天线增益增大到最大值，然后当θ值增大到205°时增益降到最小值。也就是说，该定向天线的增益以90°为一个周期，在增益最大值与最小值之间变化。

图16～图21示出了定向天线的8GHz远场方向图。图16示出了该定向天线在时远场侧视图。参见图16，在时该定向天线的辐射范围形似一规则的“杏仁”型，并且关于水平面对称。参见图17，在时该定向天线的辐射范围形似一规则的“桃”型，“桃型”关于中间开口处对称。并且，该定向天线的辐射范围关于水平面对称。参见图18～图21，在不同远场角时，例如在时，θ＝15°时该定向天线增益为最小值，随着θ值增大到105°时该定向天线增益增大到最大值，然后当θ值增大到195°时增益降到最小值。也就是说，该定向天线的增益以90°为一个周期，在增益最大值与最小值之间变化。

参见图4、图10和图16所示，该定向天线在2GHz、5GHz和8GHz具有较好的方向性，且增益大于为3dB。此时定向天线具有较大的主瓣，可以使使较多的辐射能量到达定向天线正前方，此时定向天线可以避开安装位置附近的强干扰，将辐射能量直接到定向天线的正前方，提高通信效率。

综上所述，本发明通过在定向天线中设置圆心对称的圆形金属图案和设置该定向天线具有三个馈点，并且上述三个馈点分别位于上述圆形金属图案的圆心和某一直径的两端点位置，他们所在直径与该圆形金属图案的对称轴重合。本发明实施例中利用该圆形金属图案可以发射或者接收2-8GHz内电磁波信号，可以在强干扰、信道条件恶劣情况下，避开强干扰频段，使通信信号以高增益传输。

本发明的说明书中，说明了大量具体细节。然而能够理解的是，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。类似地，应当理解，为了精简本发明公开并帮助理解各个发明方面中的一个或多个，在上面对本发明的示例性实施例的描述中，本发明的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释呈反映如下意图：即所要求保护的本发明要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如权利要求书所反映的那样，发明方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本发明的单独实施例。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。

Claims (2)

1.一种圆心对称结构高增益超宽带定向天线，其特征在于，所述定向天线包括以圆心为对称中心呈中心对称的圆形金属图案和分别位于所述圆形金属图案中心位置以及直径两端点位置的三个馈点，所述三个馈点所在直径将所述圆形金属图案分为呈中心对称的两半部分，所述定向天线用于发射或接收2.5GHz～8GHz的电磁波信号；所述圆形金属图案包括位于所述三个馈点所在直径两侧的第一金属图案和第二金属图案；所述第一金属图案与所述第二金属图案以圆心为对称中心呈中心对称；

所述第一金属图案包括：第一金属线、第二金属线、第三金属线、第四金属线、第五金属线和第六金属线；

所述第一金属线为分别连接所述三个馈点的直线段，所述第二金属线为半圆形金属线段，所述第一金属线和所述第二金属线构成一封闭的半圆形；

所述第三金属线为以中心馈点为弧心的弧度为90度的圆弧形金属线段，所述第四金属线连接所述第三金属线的一端和所述第二金属线的中点，所述第三金属线、所述第四金属线、所述第二金属线和第一金属线的一部分构成一封闭的四分之一环形区域；

所述第五金属线为多线段构成半钉型线段，包括：第一子金属直线段、第二子金属直线段、第三子金属直线段、第四子金属直线段和第一子金属弧线段；所述第一子金属直线段与所述第四金属线平行，且所述第一子金属直线段的第一端连接所述第一金属线，连接点位于第一馈点与中心馈点之间；所述第二子金属直线段与所述第一金属线平行，且其第一端连接所述第一子金属直线段的第二端；所述第四子金属直线段平行于所述第一金属线；所述第三子金属直线段的第一端连接所述第二子金属直线段的第二端，其第二端连接所述第四子金属直线段的第一端；所述第一子金属弧线段的第一端连接所述第四子金属直线段的第二端，其第二端连接第二馈点；第六金属线的第一端连接所述第三金属线的第二端，其第二端连接所述第二子金属直线段；所述定向天线的垂直面增益大于3dB时，对应的辐射角大于60°。

2.根据权利要求1所述的圆心对称结构高增益超宽带定向天线，其特征在于，所述第一金属线、所述第二金属线、所述第三金属线、所述第四金属线、所述第五金属线和所述第六金属线为预设宽度和预设厚度的金属薄层。