CN107658553A - 一种应用于uhf频段物联网天线 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及移动通信技术领域,一种应用于UHF频段物联网天线,辐射振子单元和接地振子单元采用左右结构镜像设置,满足垂直极化,保证水平全向辐射,在介质板上表面增加折叠辐射双臂和折叠接地双臂,折叠辐射双臂和折叠接地双臂通过金属化通孔与辐射振子单元和接地振子单元相导通,缩小天线物理尺寸,满足系统便携化设计要求。本发明天线采用印制电路工艺,具有优良宽带特性,与现有技术相比,生产成本低。
Description
技术领域
本发明涉及移动通信技术领域,尤其涉及一种应用于UHF频段物联网天线。
背景技术
随着4G/5G通信技术迅猛发展,物联网(Internet of Thing,IoT)致力于将人与物、物与物进行连接,成为未来重要技术。目前在智能家居、工业数据采集等局域网通信场景一般采用短距离通信技术,但对于广范围、远距离的连接则需要远距离通信技术。基于移动蜂窝通信技术的物联网设备有功耗大、成本高等劣势,当前移动蜂窝网络的承载能力不足以支撑物与物的连接。LPWAN(Low Power Wide Area Network),低功耗广域网络,专为低带宽、低功耗、远距离、大量连接的物联网应用而设计,满足物联网需求的远距离无线通信技术。LPWAN可分为两类:一类是工作于未授权频谱的LoRa、SigFox等技术;另一类是工作于授权频谱下,3GPP支持的2/3/4G蜂窝通信技术,比如EC-GSM、GTE Cat-m、NB-IoT等。其中,LoRa作为应用最为广泛的LPWAN无线网络技术之一,基于Sub-GHz的频段使其更易以较低功耗远距离通信,可以使用电池供电或者其他能量收集的方式供电。较低的数据速率也延长了电池寿命和增加了网络的容量。LoRa信号对建筑的穿透力也很强。LoRa的这些技术特点更适合于低成本大规模的物联网部署。从LoRa在网络应用方面可以根据用户自设节点、网关和服务器,自成一个系统网络;也可以借助运营商业网络大范围基础性的网络部署。由于其组网灵活,可根据用户个性化需求进行信息加密处理,具有安全,低成本、低功耗、信号绕射、透射强等优点,适用大区域覆盖,被广泛应用于工、农业安全监控领域。例如:水、电、天燃气自动抄表系统,交通流量控制、公用设施监视和配电控制以及环境监视等民用基础设施,农作物生长、灌溉控制和牲畜迁移、养殖监控等高度自动化智能农业应用。因此,用于LORA系统的网关天线及其天线单元包含支持LORA的设备终端天线也就成为迫切的需求。中国LoRa应用联盟(CLAA)推荐的是470MHz至510MHz。现有技术中,用于该频段的全向天线结构有串馈铜管结构,也有富兰克林等,其中使用铜管或弹簧结构的偶振子,为实现40Mhz带宽和阻抗匹配性能需要直径20mm,长度接近450mm并且组装焊接过程较为复杂,天线尺寸大、不良率较高。
发明内容
为了解决上述技术问题,本发明的目的是提供一种应用于UHF频段,覆盖范围广、尺寸小、容易加工、宽频全向的物联网天线。
本发明所采用的技术方案是:一种应用于UHF频段物联网天线,包括介质板,所述介质板上表面印制有天线辐射体,所述天线辐射体包括馈电单元和两对折叠双臂,所述馈电单元包括馈电带和匹配带,所述匹配带的一端与系统连接以接收射频信号,所述匹配带的另一端与馈电带电性连接,所述折叠双臂包括折叠辐射双臂和折叠接地双臂,所述折叠辐射双臂与所述折叠接地双臂呈左右结构对称设置,所述介质板下表面印制有两个对称振子,所述对称振子包括位于介质板两侧的辐射振子单元和接地振子单元,所述辐射振子单元与所述接地振子单元呈左右结构镜像设置,所述辐射振子单元和所述接地振子单元之间开设有耦合缝隙,所述折叠辐射双臂上开设有左金属化通孔,所述折叠辐射双臂通过左金属化通孔与所述辐射振子单元电性连接,所述折叠接地臂上开设有右金属化通孔,所述折叠接地臂通过右金属化通孔与所述接地振子单元电性连接。
作为上述方案的进一步改进,所述折叠辐射双臂包括第一折叠辐射臂和第二折叠辐射臂,所述第一折叠辐射臂和所述第二折叠辐射臂沿馈电带的中轴线对称分布。
作为上述方案的进一步改进,所述折叠接地臂包括第一折叠接地臂和第二折叠接地臂,所述第一折叠接地臂和所述第二折叠接地臂沿匹配带的中轴线对称分布。
作为上述方案的进一步改进,所述辐射振子单元呈E形,所述介质板呈长方形,所述辐射振子单元包括辐射连接带和基于辐射连接带同向伸出的三个辐射振子臂,所述辐射振子臂包括第一辐射振子臂、第二辐射振子臂和第三辐射振子臂,所述第一辐射振子臂和所述第二辐射振子臂分别分布在所述第三辐射振子臂的两侧,所述三个辐射振子臂以所述介质板短边中位线为轴对称排列。
作为上述方案的进一步改进,所述接地振子单元呈E形,所述接地振子单元包括接地连接带和基于接地连接带同向伸出的三个接地振子臂,所述接地连接带与所述辐射连接带之间开设有耦合缝隙,所述接地振子臂包括第一接地振子臂、第二接地振子臂和第三接地振子臂,所述第一接地振子臂和所述第二接地振子臂分别分布在所述第三接地振子臂的两侧,所述三个接地振子臂以所述介质板的短边中位线为轴对称排列。
作为上述方案的进一步改进,所述第一折叠辐射臂末端开设有第一左金属化通孔,所述第一折叠辐射臂通过第一左金属化通孔与所述第一辐射振子臂电性连接,所述第二折叠辐射臂末端开设有第二左金属化通孔,所述第二折叠辐射臂通过第二左金属化通孔与所述第二辐射振子臂电性连接。
作为上述方案的进一步改进,所述第一折叠接地臂末端开设有第一右金属化通孔,所述第一折叠接地臂通过第一右金属化通孔与所述第一接地振子臂电性连接,所述第二折叠接地臂末端开设有第二右金属化通孔,所述第二折叠接地臂通过第二右金属化通孔与所述第二接地振子臂电性连接。
作为上述方案的进一步改进,所述介质板为聚四氟乙烯复合玻纤板。
本发明的有益效果是:
一种应用于UHF频段物联网天线,辐射振子单元和接地振子单元采用左右结构镜像设置,满足垂直极化,保证水平全向辐射,在介质板上表面增加折叠辐射双臂和折叠接地双臂,折叠辐射双臂和折叠接地双臂通过金属化通孔与辐射振子单元和接地振子单元相导通,缩小天线物理尺寸,满足系统便携化设计要求。本发明天线采用印制电路工艺,具有优良宽带特性,与现有技术相比,生产成本低。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明:
图1是本发明一种应用于UHF频段物联网天线结构示意图;
图2是本发明一种应用于UHF频段物联网天线的上表面正视图;
图3是本发明一种应用于UHF频段物联网天线的下表面正视图;
图4是本发明一种应用于UHF频段物联网天线的VSWR波形图;
图5是本发明一种应用于UHF频段物联网天线的回波损耗波形图;
图6是本发明一种应用于UHF频段物联网天线的H面增益方向图示意图;
图7是本发明一种应用于UHF频段物联网天线的E面增益方向图示意图。
具体实施方式
需要说明的是,在不冲突的情况下,本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
图1是本发明一种应用于UHF频段物联网天线结构示意图,图2是本发明一种应用于UHF频段物联网天线的上表面正视图,图3是本发明一种应用于UHF频段物联网天线的下表面正视图,结合图1、图2和图3,一种应用于UHF频段物联网天线,包括介质板1,介质板呈长方形,介质板1上表面印制有天线辐射体,天线辐射体包括馈电单元和两对折叠双臂。本实施例中,介质板1采用聚四氟乙烯复合玻纤板,介质板1的介电常数为2.55,厚度为1mm。
具体的,本实施例中,馈电单元包括馈电带21和匹配带22,匹配带22的一端与系统(图1中未示出)连接,用于接收系统射频信号,匹配带22的另一端与馈电带21电性连接。馈电带21的长度接近0.5个介质波长,本实施例中,馈电带21的长度为244.4mm。匹配带22的长度近似0.125个介质波长,本实施例中,匹配带22长度优选为47mm。
折叠双臂包括折叠辐射双臂和折叠接地双臂,折叠辐射双臂和折叠接地双臂呈左右结构对称设置,具体的,折叠辐射双臂包括第一折叠辐射臂31和第二折叠辐射臂32,第一折叠辐射臂31和第二折叠辐射臂32沿馈电带21的中轴线对称分布。本实施例中,优选的,第一折叠辐射臂31和第二折叠辐射臂32的长度均为78.5mm。其中,第一折叠辐射臂31末端开设有第一左金属化通孔011,第二折叠辐射臂32末端开设有第二左金属化通孔012。折叠接地双臂包括第一折叠接地臂41和第二折叠接地臂42,第一折叠接地臂41和第二折叠接地臂42沿匹配带22的中轴线对称分布。本实施例中,优选的,第一折叠接地臂41和第二折叠接地臂42的长度均为78.5mm。第一折叠接地臂41的末端开设有第一右金属化通孔021,第二折叠接地臂42的末端开设有第二右金属化通孔022,本实施例中,金属化通孔直径为2mm。
该物联网天线中,介质板1下表面印制有两个对称振子,对称振子包括位于介质板1两侧的辐射振子单元和接地振子单元。辐射振子单元和接地振子单元呈左右结构镜像设置。
具体的,辐射振子单元呈E形,辐射振子单元包括辐射连接带50和基于辐射连接带50同向伸出的三个辐射振子臂,辐射振子臂包括第一辐射振子臂51、第二辐射振子臂52和第三辐射振子臂53,第一辐射振子臂51和第二辐射振子臂52分别分布在第三辐射振子臂53的两侧,三个辐射振子臂以介质板1短边中位线为轴对称排列。调整第一辐射振子臂51和/或第二辐射振子臂52的宽度,可有效改善天线工作的带宽,本实施例中,优选的,第一辐射振子臂51和第二辐射振子臂52的长度均为155.2mm,宽度为6.7mm。第三辐射振子臂53作为阻抗调节枝节,调整第三辐射振子臂53的长度和宽度,可影响辐射振子单元的输入阻抗,本实施例中,优选的,第三辐射振子臂53的长度为131.2mm,宽度为1.94mm。第一折叠辐射臂31通过第一左金属化通孔011与第一辐射振子臂51电性连接,第二折叠辐射臂32通过第二左金属化通孔012与第二辐射振子臂52电性连接,可以进一步缩小该天线的物理尺寸,达到天线小型化目的。
具体的,接地振子单元呈E形,接地振子单元包括接地连接带60和基于接地连接带60同向伸出的三个接地振子臂,接地振子臂包括第一接地振子臂61、第二接地振子臂62和第三接地振子臂63,其中,第一接地振子臂61和第二接地振子臂62分别分布在第三接地振子臂63的两侧,三个接地振子臂以介质板1的短边中位线为轴对称排列。本实施例中,优选的,第一接地振子臂61和第二接地振子臂62的长度均为155.2mm,宽度为6.7mm,本实施例中,第三接地振子臂63由两节枝节组成,第三接地振子臂63包括第一枝节和第二枝节,其中,第一枝节的长度为108.44mm、宽度为1.23mm,第二枝节的长度为47mm、宽度为2.97mm。第三接地振子臂63与介质板1上表面的匹配带22构成微带巴伦结构,实现宽带匹配满足50欧姆阻抗输入要求,第三接地振子臂63采用两长度不同的枝节结构,进一步改善天线宽带特性。第一折叠接地臂41通过第一右金属化通孔021与第一接地振子臂61电性连接,第二折叠接地臂42通过第二右金属化通孔022与第二接地振子臂62电性连接,可以进一步缩小该天线的物理尺寸,达到天线小型化目的。该天线比同类宽带非折叠臂天线尺寸缩减34.2%。
该天线中,辐射连接带50和接地连接带60之间开设有耦合缝隙7,耦合缝隙7用于改善整个工作频带匹配,扩展天线带宽,调整耦合缝隙7的宽度影响天线的回波深度。本实施例中,耦合缝隙7的缝隙宽度为0.5mm。
本发明的天线可工作于UHF频段和LoRa系统。
图4是本发明一种应用于UHF频段物联网天线的VSWR波形图,如图4所示,该天线在频段462MHz至524MHz范围内,驻波比小于2。
图5是本发明一种应用于UHF频段物联网天线的回波损耗波形图,如图5所示,该天线在频段470MHz至520MHz范围内,回波损耗低于-10dB。
图6是本发明一种应用于UHF频段物联网天线的H面增益方向图示意图,如图6所示,该天线在频段465MHz至524MHz范围内,增益满足2dBi以上,不圆度小于1dB,保证水平全向辐射。
图7是本发明一种应用于UHF频段物联网天线的E面增益方向图示意图,如图7所示,该天线满足垂直极化,天线增益达2.5dBi。
一种应用于UHF频段物联网天线,辐射振子单元和接地振子单元采用左右结构镜像设置,满足垂直极化,保证水平全向辐射,在介质板上表面增加折叠辐射双臂和折叠接地双臂,折叠辐射双臂和折叠接地双臂通过金属化通孔与辐射振子单元和接地振子单元相导通,缩小天线物理尺寸,满足系统便携化设计要求。本发明天线采用印制电路工艺,具有优良宽带特性,与现有技术相比,生产成本低。
以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明,但本发明创造并不限于所述实施例,熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出种种的等同变形或替换,这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。
Claims (8)
1.一种应用于UHF频段物联网天线,其特征在于,其包括介质板,所述介质板上表面印制有天线辐射体,所述天线辐射体包括馈电单元和两对折叠双臂,所述馈电单元包括馈电带和匹配带,所述匹配带的一端与系统连接以接收射频信号,所述匹配带的另一端与馈电带电性连接,所述折叠双臂包括折叠辐射双臂和折叠接地双臂,所述折叠辐射双臂与所述折叠接地双臂呈左右结构对称设置,所述介质板下表面印制有两个对称振子,所述对称振子包括位于介质板两侧的辐射振子单元和接地振子单元,所述辐射振子单元与所述接地振子单元呈左右结构镜像设置,所述辐射振子单元和所述接地振子单元之间开设有耦合缝隙,所述折叠辐射双臂上开设有左金属化通孔,所述折叠辐射双臂通过左金属化通孔与所述辐射振子单元电性连接,所述折叠接地臂上开设有右金属化通孔,所述折叠接地臂通过右金属化通孔与所述接地振子单元电性连接。
2.根据权利要求1所述的一种应用于UHF频段物联网天线,其特征在于,所述折叠辐射双臂包括第一折叠辐射臂和第二折叠辐射臂,所述第一折叠辐射臂和所述第二折叠辐射臂沿馈电带的中轴线对称分布。
3.根据权利要求2所述的一种应用于UHF频段物联网天线,其特征在于,所述折叠接地臂包括第一折叠接地臂和第二折叠接地臂,所述第一折叠接地臂和所述第二折叠接地臂沿匹配带的中轴线对称分布。
4.根据权利要求3所述的一种应用于UHF频段物联网天线,其特征在于,所述辐射振子单元呈E形,所述介质板呈长方形,所述辐射振子单元包括辐射连接带和基于辐射连接带同向伸出的三个辐射振子臂,所述辐射振子臂包括第一辐射振子臂、第二辐射振子臂和第三辐射振子臂,所述第一辐射振子臂和所述第二辐射振子臂分别分布在所述第三辐射振子臂的两侧,所述三个辐射振子臂以所述介质板短边中位线为轴对称排列。
5.根据权利要求4所述的一种应用于UHF频段物联网天线,其特征在于,所述接地振子单元呈E形,所述接地振子单元包括接地连接带和基于接地连接带同向伸出的三个接地振子臂,所述接地连接带与所述辐射连接带之间开设有耦合缝隙,所述接地振子臂包括第一接地振子臂、第二接地振子臂和第三接地振子臂,所述第一接地振子臂和所述第二接地振子臂分别分布在所述第三接地振子臂的两侧,所述三个接地振子臂以所述介质板的短边中位线为轴对称排列。
6.根据权利要求4所述的一种应用于UHF频段物联网天线,其特征在于,所述第一折叠辐射臂末端开设有第一左金属化通孔,所述第一折叠辐射臂通过第一左金属化通孔与所述第一辐射振子臂电性连接,所述第二折叠辐射臂末端开设有第二左金属化通孔,所述第二折叠辐射臂通过第二左金属化通孔与所述第二辐射振子臂电性连接。
7.根据权利要求5所述的一种应用于UHF频段物联网天线,其特征在于,所述第一折叠接地臂末端开设有第一右金属化通孔,所述第一折叠接地臂通过第一右金属化通孔与所述第一接地振子臂电性连接,所述第二折叠接地臂末端开设有第二右金属化通孔,所述第二折叠接地臂通过第二右金属化通孔与所述第二接地振子臂电性连接。
8.根据权利要求1至7任一项所述的一种应用于UHF频段物联网天线,其特征在于,所述介质板为聚四氟乙烯复合玻纤板。
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