CN108767448A - 一种小尺寸双频单馈全向天线 - Google Patents

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李雪萍
徐世周
詹华伟
董晓
王永永
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Abstract

本发明公开了一种小尺寸双频单馈全向天线，同侧的2.4G窄金属辐射臂和5G宽金属辐射臂组合在一起共同构成双频单馈全向天线的一个辐射臂，其中2.4G窄金属辐射臂中部串联有直角弯折型曲形支节，两个天线辐射臂之间预设有间隙，邻近间隙的两个天线辐射臂上分别设有各自作为输入端口且与同轴电缆内外导体相连的馈电焊盘，一个狭长的短路支节构成180°反相器放置于天线辐射臂馈电位置，该反相器的两端分别与两个天线辐射臂相连，用于实现两个天线辐射臂较好的平衡馈电。本发明整体尺寸小且馈电方式紧凑，有利于满足天线带宽内的阻抗匹配要求和多天线的高集成度应用，该天线可灵活地隐藏于产品内部，实现美观的ID设计和良好的全向覆盖。

Description

一种小尺寸双频单馈全向天线
技术领域
本发明属于无线通信及智能网天线技术领域，具体涉及一种小尺寸双频单馈全向天线。
背景技术
随着5G时代、物联网以及家庭智能云平台技术的快速发展，移动通信与无线网络接入设备不断向小型化、多频段、宽带化以及智能化演进，对天线体积、工作频段及整机集成度要求越来越高。与以往传统天线相比，今后天线设计将面临更为苛刻的需求：多频带、高性能、智能化、小体积、轻重量、低剖面、易集成与共形、低成本等。为了解决上述问题，本发明基于低净空高集成度的特点设计高性能的小型化天线，既具有较高的经济价值，又具有十分重要的科学意义。
天线作为发射和接收电磁波的前端组件，是无线接入设备不可或缺的关键要素，其设计的好坏直接决定了产品的性能水平。随着无线终端产品功能增加，集成度与智能化不断提高，愈发强调内置化、多频带、新结构和小型化等特点，因此天线设计面临的条件也愈发苛刻。特别是在便携式设备上，有限的空间使得多天线的MIMO设计遭遇诸多困难。如何满足天线数目多、产品形态小、天线成本低、结构简单以及性能提升等要求是很多学者研究的热点。在不影响天线效率和带宽的前提下缩小天线尺寸和满足多频带的需求是一项重要挑战。
基于上述缺陷以及无线通信领域白热化竞争对技术提升的迫切追求，本发明面向新的技术需求，着重研究如何在较小的净空环境下拓展天线带宽，实现具有紧尺寸、强适应性、高隔离、低净空等MIMO天线设计。
发明内容
本发明解决的技术问题是提供了一种面向家庭无线网络产品应用的高性能小尺寸双频单馈全向天线。
本发明为解决上述技术问题采用如下技术方案，一种小尺寸双频单馈全向天线，其特征在于：两个5G宽金属辐射臂和两个2.4G窄金属辐射臂分别通过电路板印制技术反向对称印制于绝缘介质板的正面，其中2.4G窄金属辐射臂中部串联有直角弯折型曲形支节，用于实现小尺寸下良好的频带特性，同侧的2.4G窄金属辐射臂和5G宽金属辐射臂组合在一起共同构成双频单馈全向天线的一个辐射臂，该天线辐射臂长度l取值遵循如下关系：λl为2.4G和5G wifi频段的中心频率对应的自由空间波长，εeff为所采用的绝缘介质板有效相对介电常数，两个天线辐射臂之间预设有间隙，邻近间隙的两个天线辐射臂上分别设有各自作为输入端口且与同轴电缆内外导体相连的馈电焊盘，其中较小的馈电焊盘与同轴电缆内导体相连，较大的馈电焊盘与同轴电缆外导体相连，一个狭长的短路支节构成180°反相器放置于天线辐射臂馈电位置，该反相器的两端分别与两个天线辐射臂相连，用于实现两个天线辐射臂较好的平衡馈电。
进一步优选，所述天线辐射臂采用上下交错的反向对称构架，两个天线辐射臂之间预设间隙距离为1-2mm。
进一步优选，所述绝缘介质板为环氧树脂玻璃纤维布层压板，其介电常数为4.4，厚度为0.8mm，尺寸为31mm×8mm。
进一步优选，所述曲形支节的宽度为0.25mm，所述馈电焊盘中较小的馈电焊盘为1mm×1mm的矩形结构，较大的焊盘为1.5mm×2.5mm的矩形。
进一步优选，所述同轴电缆的规格为50欧姆，线径为1.13mm或1.37mm。
本发明主要用于具有2.4G/5G双频工作的智能家庭无线网络内置天线的产品中，实现无线局域网的宽覆盖效果，该天线基本单元由两个反向对称的条带偶极子组成，2.4G窄金属辐射体中部采用细长的曲形支节串联加载，实现小尺寸下良好的频带特性，并利用交错布局后的空白区域形成180°反相器，实现两个辐射片较好的平衡馈电。本发明整体尺寸小且馈电方式紧凑，有利于满足天线带宽内的阻抗匹配要求和多天线的高集成度应用，该天线可灵活地隐藏于产品内部，实现美观的ID设计和良好的全向覆盖。
附图说明
图1是本发明的平面结构示意图；
图2是本发明的立体结构示意图；
图3是本发明中天线与同轴电缆连接结构示意图；
图4是本发明的回波损耗曲线；
图5是本发明的辐射方向图。
图中：1-5G宽金属辐射臂，2-2.4G窄金属辐射臂，3-绝缘介质板，4-反相器，5-馈电焊盘，6-间隙，7-曲形支节，8-同轴电缆内导体，9-同轴电缆外导体。
具体实施方式
结合附图详细描述本发明的具体内容。如图1-2所示，一种小尺寸双频单馈全向天线，两个5G宽金属辐射臂1和两个2.4G窄金属辐射臂2分别通过电路板印制技术反向对称印制于绝缘介质板3的正面，其中2.4G窄金属辐射臂2中部串联有直角弯折型曲形支节7，用于实现小尺寸下良好的频带特性，同侧的2.4G窄金属辐射臂2和5G宽金属辐射臂1组合在一起共同构成双频单馈全向天线的一个辐射臂，该天线辐射臂长度l取值遵循如下关系：λl为2.4G和5G wifi频段的中心频率对应的自由空间波长，εeff为所采用的绝缘介质板有效相对介电常数，两个天线辐射臂之间预设有间隙6，邻近间隙6的两个天线辐射臂上分别设有各自作为输入端口且与同轴电缆内外导体相连的馈电焊盘5，其中较小的馈电焊盘5与同轴电缆内导体8相连，较大的馈电焊盘5与同轴电缆外导体9相连，一个狭长的短路支节构成180°反相器4放置于天线辐射臂馈电位置，该反相器4的两端分别与两个天线辐射臂相连，用于实现两个天线辐射臂较好的平衡馈电。
所述天线辐射臂采用上下交错的反向对称构架，两个天线辐射臂之间预设间隙距离为1-2mm；所述绝缘介质板为环氧树脂玻璃纤维布层压板，其介电常数为4.4，厚度为0.8mm，尺寸为31mm×8mm；所述曲形支节的宽度为0.25mm，所述馈电焊盘中较小的馈电焊盘为1mm×1mm的矩形结构，较大的焊盘为1.5mm×2.5mm的矩形；所述同轴电缆的规格为50欧姆，线径为1.13mm或1.37mm。
如图3所示，天线辐射臂上的馈电焊盘分别通过焊接的方式与同轴电缆内外导体连接，较小的馈电焊盘与同轴电缆内导体焊接，较大的馈电焊盘与同轴电缆外导体相连，用于实现射频同轴线对天线的信号馈入。
如图4所示，小尺寸双频单馈全向天线的回波损耗曲线，由图可知在整个频带范围内天线呈现2.4G/5G双频特性且带宽较宽，谐振深度良好。
如图5所示，小尺寸双频单馈全向天线在两个不同频率下中心频率对应的H面辐射方向图，由图可以看出双频单馈全向天线在2.45G和5.5G频率下H面辐射方向图呈现出良好的全向辐射特性，能够满足全向天线的设计要求。
综上所述，本发明提供的一种小尺寸双频单馈全向天线具有良好的双频带全向特性，并且占用的PCB面积小，结构紧凑、馈电方式简单，能够实现在不同形态的无线产品中自由应用，具有很好的应用前景和推广价值。
以上显示和描述了本发明的基本原理，主要特征和优点，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还有各种变化和改进，这些变化和改进都要求落入本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种小尺寸双频单馈全向天线，其特征在于：两个5G宽金属辐射臂和两个2.4G窄金属辐射臂分别通过电路板印制技术反向对称印制于绝缘介质板的正面，其中2.4G窄金属辐射臂中部串联有直角弯折型曲形支节，用于实现小尺寸下良好的频带特性，同侧的2.4G窄金属辐射臂和5G宽金属辐射臂组合在一起共同构成双频单馈全向天线的一个辐射臂，该天线辐射臂长度l取值遵循如下关系：λl为2.4G和5G wifi频段的中心频率对应的自由空间波长，εeff为所采用的绝缘介质板有效相对介电常数，两个天线辐射臂之间预设有间隙，邻近间隙的两个天线辐射臂上分别设有各自作为输入端口且与同轴电缆内外导体相连的馈电焊盘，其中较小的馈电焊盘与同轴电缆内导体相连，较大的馈电焊盘与同轴电缆外导体相连，一个狭长的短路支节构成180°反相器放置于天线辐射臂馈电位置，该反相器的两端分别与两个天线辐射臂相连，用于实现两个天线辐射臂较好的平衡馈电。
2.根据权利要求1所述的小尺寸双频单馈全向天线，其特征在于：所述天线辐射臂采用上下交错的反向对称构架，两个天线辐射臂之间预设间隙距离为1-2mm。
3.根据权利要求1所述的小尺寸双频单馈全向天线，其特征在于：所述绝缘介质板为环氧树脂玻璃纤维布层压板，其介电常数为4.4，厚度为0.8mm，尺寸为31mm×8mm。
4.根据权利要求1所述的小尺寸双频单馈全向天线，其特征在于：所述曲形支节的宽度为0.25mm，所述馈电焊盘中较小的馈电焊盘为1mm×1mm的矩形结构，较大的焊盘为1.5mm×2.5mm的矩形。
5.根据权利要求1所述的小尺寸双频单馈全向天线，其特征在于：所述同轴电缆的规格为50欧姆，线径为1.13mm或1.37mm。
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