CN107394409A - 一种定向wlan天线 - Google Patents

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    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
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    • H01Q9/04—Resonant antennas
    • H01Q9/16—Resonant antennas with feed intermediate between the extremities of the antenna, e.g. centre-fed dipole
    • H01Q9/28—Conical, cylindrical, cage, strip, gauze, or like elements having an extended radiating surface; Elements comprising two conical surfaces having collinear axes and adjacent apices and fed by two-conductor transmission lines
    • H01Q9/285—Planar dipole
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
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    • H01Q1/50—Structural association of antennas with earthing switches, lead-in devices or lightning protectors

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Abstract

本发明公开了一种定向WLAN天线，包括外壳、金属底板、双面PCB板、同轴线和射频连接器；双面PCB设置在所述金属底板上，金属底板安装在所述外壳中，天线主体通过同轴线连接射频连接器；金属底板包括三个部分：底板水平部分和两个位于底板水平部分两侧的第1垂直金属壁和第2垂直金属壁；双面PCB板正面上有第一天线臂和第二天线臂，双面PCB板反面上有第三天线臂、第四天线臂、天线地以及第一调节枝节和第二调节枝节，第一天线臂和第三天线臂构成一个偶极子天线；第二天线臂和第四天线臂构成另一个偶极子天线；偶极子天线采用蝶形结构。天线地与金属底板通过金属部件连接。天线之间的距离为60毫米，调节枝节的长度为16.6毫米。

Description

一种定向WLAN天线
技术领域
本发明涉及一种定向WLAN天线。
背景技术
随着物联网(IoT)和智慧城市建设的快速推进，对于室外、室内(如停车场、隧道内、大型商城内等)WLAN网络的覆盖要求越来越多，越来越高。而对作为组网必不可少的关键设备一天线的需要也在快速增加，很多使用环境下要求天线具有特定的波束宽度，这是为了使天线能有效地覆盖服务区域。
目前大多数WLAN天线是全向天线，而现有的定向辐射天线存在波束宽度调整困难和成本高的问题。而且现有的定向天线通常采用具有一定角度的金属反射板的方式，一般只能控制水平波束宽度。
发明内容
本发明的目的是要提出一种可以精确地调整水平和垂直波束宽度，而且成本较低的定向WLAN天线。
本发明采用如下技术方案：
一种定向WLAN天线，包括外壳、金属底板、双面PCB板、同轴线和射频连接器；
其中所述双面PCB设置在所述金属底板上，所述金属底板安装在所述外壳中，天线主体通过所述同轴线连接所述射频连接器；
所述金属底板包括三个部分：底板水平部分和两个位于底板水平部分两侧的第1垂直金属壁和第2垂直金属壁；
优化的，所述金属底板水平部分的尺寸为220毫米*190毫米，所述垂直金属壁的尺寸为210毫米*10毫米；
进一步的，所述金属底板的材料可以采用镀锌钢板或铜板；
优化的，所述天线外壳外部尺寸为214mm*184mm*35mm，即长214毫米，宽184毫米，高35毫米，外壳厚度为2毫米；
进一步的，所述天线外壳采用抗UV的PC+ABS材料；
优化的，所述同轴线为阻抗50欧姆同轴线，如RG174、RG58等，其长度根据具体使用环境来确定；
优化的，射频连接器为50欧姆同轴连接器，如N型，TNC，SMA等；
所述双面PCB板的一面设置有第一天线臂和第二天线臂，所述第一天线臂和第二天线臂分别与50欧姆微带线连接，然后再与四分之一波长阻抗变换微带线连接，把阻抗变换成100欧姆，两个100欧姆的微带线并联，最终阻抗为50欧姆，可以与50欧姆同轴馈线连接；
所述双面PCB板另一面设置有第三天线臂21、第四天线臂22、天线地以及第一调节枝节1和第二调节枝节2，所述天线臂与所述天线地直接连接，所述调节枝节也与所述天线地连接，调节枝节为矩形，宽度为2毫米。高度由调试确定。
另外，第一天线臂11和第三天线臂21构成一个偶极子天线；第二天线臂12和第四天线臂22构成另一个偶极子天线；两个天线臂的微带馈线分别在双面PCB板的正面与反面，位置上是互相重叠的，从而构成平行双线。
为了拓展天线的阻抗带宽，偶极子天线采用蝶形结构。偶极子天线的两个臂分别位于双面PCB的两个面。天线采用平行双线馈电，同时PCB反面的微带线逐渐变宽，最终过渡到天线地，从而完成天线从平衡馈电到不平衡馈电的转换。天线地与金属底板通过金属部件直接连在一起。
天线水平波束宽度由三个因素所决定：偶极子天线水平波束宽度、金属底板尺寸和两个金属壁的尺寸。在目前条件下，偶极子天线水平波束宽度为360度，所以金属底板的横向尺寸和两个金属壁的高度确定了天线水平波束宽度。
天线垂直波束宽度由偶极子的波束宽度、天线数量、天线之间的距离和调节枝节的长度决定。偶极子天线数量增加，波束宽度变窄。偶极子天线之间距离变小，波束宽度变宽。调节枝节的长度变小，波束变宽，反之，波束宽度变窄。在该实施例中，偶极子天线的数量为2，两个偶极子天线之间的距离为60毫米，调节枝节的长度为16.6毫米。天线的水平波束宽度为：90.4度，垂直波束宽度：44.8度。
双面PCB是厚度1毫米的聚四氟乙烯板，其尺寸为120毫米*30毫米。
本发明的有益效果如下
1，采用蝶形偶极子作为天线单元和渐变地技术，拓宽天线阻抗带宽；
2，通过特定的金属底板和金属壁尺寸，可以控制天线水平波束宽度；
3，通过偶极子天线数量、天线间距离和调节枝节长度精确控制天线垂直波束宽度；
4，天线结构简单，实现成本低。
附图说明：
附图1是本发明的外观整体示意图；
附图2是去除外壳后的天线底板示意图；
图3是双面PCB板的正面(正面指不包括天线地的一面)结构示意图；
图4是双面PCB板的反面(反面指包括天线地的一面)结构示意图；
图5是所述实施例天线在工作频段内(2.4-2.5GHz)的电压驻波比(VSWR)；
图6是所述实施例天线半功率波束宽度；
图1中，1是外壳，2是同轴线，3是射频连接器；
图2中，4是金属底板水平部分，5是双面PCB板，6和7分别是位于底板水平部分两侧的第1垂直金属壁和第2垂直金属壁；
图3中，511是50欧姆微带线，512是第一天线臂，513是100欧姆微带线，514是50欧姆微带线，515是第二天线臂；
图4中，521是第一调节枝节，522是第三天线臂，523是天线地，524是第四天线臂，525是第二调节枝节；
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明：
图1和图2中，天线主体安装在外壳1中，通过同轴线2与射频连接器3，双面PCB板5、第1垂直金属壁6和第2垂直金属壁7安装在金属底板水平部分4之上，双面PCB板5在金属底板水平部分4的中间，第1垂直金属壁6和第2垂直金属壁7在金属底板水平部分4的两侧；
天线外壳1尺寸为214mm*184mm*35mm，即长214毫米，宽184毫米，高35毫米，外壳厚度为2毫米，外壳材料采用抗UV的PC+ABS材料；
金属底板水平部分4的尺寸为220毫米*190毫米，金属壁6和7的尺寸为210毫米*10毫米，金属材料可以采用镀锌钢板或铜板；
同轴线2为阻抗50欧姆同轴线，型号可选RG174或RG58，其长度根据具体使用环境来确定；
射频连接器3为50欧姆同轴连接器，型号可选N型、TNC或者SMA同轴连接器；
双面PCB板5是厚度1毫米的聚四氟乙烯板，其尺寸为120毫米*30毫米；
图3中，双面PCB5板的一面设置有第一天线臂512和第二天线臂515，第一天线臂512和第二天线臂515分别与50欧姆微带线511和514连接，然后再与四分之一波长阻抗变换微带线513连接，把阻抗变换成100欧姆，两个100欧姆的微带线并联，最终阻抗为50欧姆。
图4中，双面PCB板5的另一面有第三天线臂522、第四天线臂524、天线地523以及第一调节枝节521和第二调节枝节525。第三天线臂522和第四天线臂524与天线地523直接连接，第一调节枝节521和第二调节枝节525也与天线地连接；第一调节枝节521和第二调节枝节525为矩形，宽度为2毫米。
另外，第一天线臂512和第三天线臂522构成一个偶极子天线；第二天线臂515和第四天线臂524构成另一个偶极子天线。
为了拓展天线的阻抗带宽，偶极子天线采用蝶形结构。偶极子天线的两个臂分别位于PCB的两个面。天线采用平行双线馈电，同时PCB反面的微带线逐渐变宽，最终过渡到天线地，从而完成天线从平衡馈电到不平衡馈电的转换。天线地与金属底板通过金属部件直接连接；
天线水平波束宽度由三个因素所决定：偶极子天线水平波束宽度、金属底板尺寸和两个金属壁的尺寸。在目前条件下，偶极子天线水平波束宽度为360度，所以金属底板的横向尺寸和两个金属壁的高度确定了天线水平波束宽度。
天线垂直波束宽度由偶极子的波束宽度、天线数量、天线之间的距离和调节枝节的长度决定。偶极子天线数量增加，波束宽度变窄。偶极子天线之间距离变小，波束宽度变宽。调节枝节的长度变小，波束变宽，反之，波束宽度变窄。在该实施例中，偶极子天线的数量为2，天线之间的距离为60毫米，调节枝节的长度为16.6毫米。天线的波束宽度为水平：90.4度，垂直波束宽度：44.8度。
本实施例中，天线在工作频段内(2.4-2.5GHz)电压驻波比(VSWR)≤1.25，增益9.2dBi，如图5所示。
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 (9)

1.一种定向WLAN天线，其特征是包括外壳、金属底板、双面PCB板、同轴线和射频连接器；
其中所述双面PCB板设置在所述金属底板上，所述金属底板安装在所述外壳中，天线主体通过所述同轴线连接所述射频连接器；
所述金属底板包括三个部分：底板水平部分和两个位于底板水平部分两侧的第1垂直金属壁和第2垂直金属壁；
所述双面PCB板正面包括第一天线臂和第二天线臂，所述第一天线臂11和第二天线臂12分别与50欧姆微带线连接，然后再与四分之一波长阻抗变换微带线连接，把阻抗变换成100欧姆，两个100欧姆的微带线并联，最终阻抗为50欧姆，可以与50欧姆同轴馈线连接；
所述双面PCB板反面包括第三天线臂21、第四天线臂22、天线地以及第一调节枝节1和第二调节枝节2，所述第三天线臂21、第四天线臂22与所述天线地连接，所述调节枝节也与所述天线地连接，调节枝节为矩形，宽度为2毫米；
所述第一天线臂11和第三天线臂21构成一个偶极子天线；所述第二天线臂12和第四天线臂22构成另一个偶极子天线；两个天线臂的微带馈线分别在双面PCB板的正面与反面，位置上是互相重叠的，构成平行双线；
所述天线地与所述金属底板通过金属部件连接；
所述天线采用平行双线馈电，同时所述PCB反面的微带线逐渐变宽，最终过渡到天线地，从而完成所述天线从平衡馈电到不平衡馈电的转换。
2.根据权利要求1所述的一种定向WLAN天线，其特征是所述偶极子天线采用蝶形偶极子天线，偶极子天线的两个臂分别位于所述双面PCB板的两个面。
3.根据权利要求1或2任一项所述的一种定向WLAN天线，其特征是所述金属底板水平部分的尺寸为220毫米*190毫米，所述垂直金属壁的尺寸为210毫米*10毫米。
4.根据权利要求1至3任一项所述的一种定向WLAN天线，其特征是所述天线外壳外部尺寸为214mm*184mm*35mm，外壳厚度为2毫米。
5.根据权利要求1至4任一项所述的一种定向WLAN天线，其特征是所述同轴线为阻抗50欧姆同轴线。
6.根据权利要求5所述的一种定向WLAN天线，其特征是射频连接器为50欧姆同轴连接器。
7.根据权利要求1或2任一项所述的一种定向WLAN天线，其特征是两个偶极子天线之间的距离为60毫米。
8.根据权利要求1或2任一项所述的一种定向WLAN天线，其特征是调节枝节的长度为16.6毫米。
9.根据权利要求1所述的一种定向WLAN天线，其特征是双面PCB板是厚度1毫米的聚四氟乙烯板，其尺寸为120毫米*30毫米。
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