CN107666037A - 一种双频高增益八木天线 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种双频高增益八木天线，包括介质板、传输线、偶极子，开口谐振环，反射器以及引向器。两个谐振环分别印制在介质板的两个面上，偶极子的其中一个臂与传输线相连位于介质板上表面，另一个臂通过传输线与放射器相连接位于介质板下表面。五根长度依次递减的引向器位于介质板上表面。本发明在常规的平面印刷八木天线的基础上，引入开口谐振环，由于偶极子和开口谐振环的谐振作用，天线可以实现双频工作。偶极子既是激励源也是反射器，而谐振环既是激励源也是引向器本发明在实现双频工作的同时，更重要的是实现了两个工作频段内都具有高增益的效果，并且天线结构简单，易于加工，成本低廉。
Description
技术领域
本发明涉及双频带八木天线的领域，更具体地，涉及一种带开口谐振环的具有高指向性辐射场的双频高增益八木天线。
背景技术
天线作为无线通信的眼睛，是通信质量和效率的直接影响因素。在现阶段中应该用于GSM、CDMA、3G、4G等移动电话通信系统的微型直放站施主天线主要有两种：一种是对数周期天线，其工作频带较宽，但是增益较低，且通信距离较短。另一种是由八木秀次和宇田太郎命名的八木宇田天线，或称八木天线，八木天线包括一个有源振子，一个无源反射器和若干个并排的无源引向器，八木天线为端射式天线，较普通的单偶极子天线有这更高的增益，但是八木天线的高增益是相对于特定工作频率，且工作带宽不能同时满足CDMA、GSM、3G等使用。
通信距离是通信系统的一项重要指标，指向性天线由于传输距离较全向性天线远，经常应用在在无线区域网络中的短距离桥接。印刷八木天线作为一种常用的端射定向性天线，其多频宽带技术上已经很成熟。但是传统的双频段或多频段八木天线其高增的优点只能在较窄的单个特定频段内实现，一但远离特定频段其增益将大幅减小。因此就算是工作在多个频段上的八木天线，其高增益也只能在较窄的特定频段上出现。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明提出一种带谐振环的双频高增益八木天线，该天线把开口谐振环的特性与八木天线的定向特性相结合，实现了天线双频工作，且实现了在两个工作频段内都具有较高的增益。
为了解决上述问题，本发明所提供的技术方案为：
一种双频高增益八木天线，包括介质板、传输线两条、偶极子两个，开口谐振环两个，引向器组及反射器；
其中，介质板上表面布设有一条传输线、一个偶极子、一个开口谐振环和引向器组；偶极子的一端与传输线的一端垂直相连，且开口谐振环位于偶极子与引向器组之间，引向器组是由五个长度依次减小的引向器并行排列组成，偶极子与引向器平行，偶极子的另一端悬空；
介质板的下表面布设有另一条传输线、另一个偶极子、另一个开口谐振环以及反射器，偶极子的一端与传输线的一端垂直相连，偶极子的另一端悬空，传输线的另一端接反射器，开口谐振环位于偶极子的上方；
位于介质板上下表面的两条传输线关于介质板对称，位于介质板上下表面的偶极子及开口谐振环均关于传输线对称；双频高增益八木天线采用侧馈形式；
所述偶极子呈矩形长条状。
本双频高增益八木天线中：矩形长条状的偶极子作用是引起低频谐振，而开口谐振环的作用是引起高频谐振，从而实现天线的双频工作。
在开口谐振环中，由于闭合的金属环呈现的是电感性，为了更好地引起谐振，在金属环上开一个缺口引入电容性，从而抵消金属环的电感性，开口谐振环能有效使地天线工作于高频。
优选的，所述引向器组中相邻引向器之间的间距相等，靠近开口谐振环侧的引向器长度值最大，引向器的长度均小于偶极子的长度。由于引向器的长度小于偶极子谐振时的长度，所以呈现为电容性，其作用是将偶极子所激励的电磁波向引向器的方向进行导引，使辐射具有定向性。
优选的，所述反射器位于偶极子的下方，呈矩形状，且长度大于偶极子的长度。由于反射器的长度大于辐射阵子谐振时的长度，所以反射器呈现电感性，其作用是将偶极子所激励的电磁波向前反射，使辐射具有定向性。因此引向器和反射器两者的作用是使天线的增益变高。
当偶极子工作时，开口谐振环与引向器两者对电磁波都起引向作用，而反射器对电磁波起反射作用。而当开口谐振环工作时，偶极子与放射器起反射电磁波的作用，引向器起引导电磁波的作用。因此开口谐振环的引入使得天线在两个工作频段内都具有很高的增益。
优选的，所述双频高增益八木天线通过外接3.5mm的SMA头连接传输线和反射器进行馈电。
与现有技术相比，本发明的有益效果：本发明在常规的平面印刷八木天线的基础上，引入开口谐振环，由于偶极子和开口谐振环的谐振作用，天线可以实现双频工作。所述的天线中，相对于偶极子本身而言，偶极子起到了辐射电磁波的作用，而相对于谐振环的辐射而言，偶极子起到了反射电磁波的作用，而谐振环在引起高频谐振的同时，相对于偶极子的辐射，谐振环也起到了引导电磁波的作用。所以偶极子既是激励源也是反射器，而谐振环既是激励源也是引向器。因此，本发明在实现双频工作的同时，更重要的是实现了两个工作频段内都具有高增益的效果，并且天线结构简单，易于加工，成本低廉。
附图说明
图1为双频高增益八木天线的结构图。
图2为双频高增益八木天线仿真和测试的反射系数S11对比图。
图3为双频高增益八木天线仿真和测试的峰值增益对比图。
图4为双频高增益八木天线在1.8GHz频点处仿真的E面和H面辐射方向图。
图5为双频高增益八木天线在2.45GHz频点处仿真的E面和H面辐射方向图。
具体实施方式
附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；
对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。
如图1所示，带开口谐振环的双频八木天线结构图，图中，1-传输线、2-偶极子、3-开口谐振环、4-引向器组、5-反射器。图1中，(a)图为介质板的上表面(正面)，包括位于介质板上表面的一条传输线、一个偶极子、一个开口谐振环和引向器组；偶极子的一端与传输线的一端垂直相连，且开口谐振环位于偶极子与引向器组之间，引向器组是由五个长度依次减小的引向器并行排列组成，偶极子与引向器平行，偶极子的另一端悬空；，五根长度依次减小的引向器对偶极子和开口谐振环激励的电磁波有引导作用。(b)图为介质板的下表面(背面)，包括另一条传输线、另一个偶极子、另一个开口谐振环以及反射器，偶极子的一端与传输线的一端垂直相连，偶极子的另一端悬空，传输线的另一端接反射器，对偶极子和谐振环激励的电磁波起反射作用，开口谐振环位于偶极子的上方。(c)图为双频高增益八木天线的整体结构图。天线采用侧馈形式通过外接3.5mm的SMA头连接传输线1和反射器5进行馈电。
在本实例中，该天线印刷在厚为2mm，介电系数为4.7，损耗角正切为0.01的FR-4环氧玻纤布介质基板上。介质基板规格为130mm*80mm，传输线1长度为37mm，宽度为2mm，单根偶极子2长度为31mm，宽度为4mm，开口谐振环3的半径为7mm，环的线宽为1mm，开口处宽1mm。五根引向器的长度由长到短依次为35mm，32.7mm，30mm，28mm，25mm，宽度都为4mm，相互之间的间距都为5mm。
在本实例中，此天线的工作频段在低频部分频率从1.73GHz到1.94GHz，覆盖的带宽为210MHz，覆盖了DCS1800，GSM1800，TD-SCDMA等移动通信频段。在高频部分天线的工作频率从2.41GHz到2.51GHz，工作带宽为100MHz，覆盖了ISM 2.45G无线通信频段。通过修改基板大小，调整相应天线贴片的参数，可以使天线的工作频段改变。
通过使用印刷电路板(PCB)技术，可制作出此实例的带耦合枝节的半圆形与矩形组合的偶极子天线实物原型，使用普通3.5mm的SMA接头馈电。其中图2是天线反射系数S11的仿真和测试对比图，可以看出天线具有较好的阻抗匹配效果，低频部分阻抗带宽大约从1.78GHz到2.0GHz，高频部分阻抗带宽大约从2.45GHz到2.61GHz，在通信频段上此种形式的天线的性能完全可以满足实际要求。
双频高增益八木天线仿真和测试的峰值增益对比图如图3所示，由图可知，天线在1.75GHz～2.2GHz和2.45GHz～2.65GHz两个频段上都具有很高的峰值增益。本实施例在低频段(1800MHz)工作时，产生的辐射场如图4所示，图4表明天线在此频段的辐射场型有很强的定向性，峰值增益达到7.4dB。图5显示天线工作在高频(2450GHz)时产生的辐射场型，其峰值增益达到7.0dB，天线在此频段同样具有很高的增益，因此，本发明在实现双频工作的同时，同时也实现了两个工作频段内都具有高的增益。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。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，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种双频高增益八木天线，其特征在于，包括介质板、传输线(1)两条、偶极子(2)两个，开口谐振环(3)两个，引向器组(4)及反射器(5)；
其中，介质板上表面布设有一条传输线(1)、一个偶极子(2)、一个开口谐振环(3)和引向器组(4)；偶极子(2)的一端与传输线(1)的一端垂直相连，且开口谐振环(3)位于偶极子(2)与引向器组(4)之间，引向器组是由五个长度依次减小的引向器并行排列组成，偶极子(2)与引向器平行，偶极子(2)的另一端悬空；
介质板的下表面布设有另一条传输线(1)、另一个偶极子(2)、另一个开口谐振环(3)以及反射器(5)，偶极子(2)的一端与传输线的一端垂直相连，偶极子(2)的另一端悬空，传输线的另一端接反射器(5)，开口谐振环(3)位于偶极子(2)的上方；
位于介质板上下表面的两条传输线关于介质板对称，位于介质板上下表面的偶极子及开口谐振环均关于传输线对称；双频高增益八木天线采用侧馈形式；所述偶极子(2)呈矩形长条状。
2.根据权利要求1所述的一种双频高增益八木天线，其特征在于，所述引向器组(4)中相邻引向器之间的间距相等，靠近开口谐振环侧的引向器长度值最大，引向器的长度均小于偶极子的长度。
3.根据权利要求1所述的一种双频高增益八木天线，其特征在于，所述反射器呈矩形状，且长度大于偶极子的长度。
4.根据权利要求1所述的一种双频高增益八木天线，其特征在于，所述双频高增益八木天线通过外接3.5mm的SMA头连接传输线和反射器进行馈电。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20180206 |