CN108923133B - 超宽带双极化微带天线 - Google Patents

超宽带双极化微带天线 Download PDF

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Abstract

本发明公开了超宽带双极化微带天线，包括底板、馈电线、电路板和外罩，电路板设于底板上方，外罩罩设于底板外，馈电线一端穿过底板与电路板相连接，电路板上设有高频辐射单元和低频辐射单元，高频辐射单元和低频辐射单元分别设置于电路板的正、反两面，馈电线一端依次与低频辐射单元、高频辐射单元连接，高频辐射单元和低频辐射单元均为两个，两个高频辐射单元以电路板的中心对称设置且分别设于电路板的两对角，两个低频辐射单元相互靠近设置。采用超薄印制的电路板代替体积较大的喇叭等体积较大的接收器，使得内部空间大大减小，占用空间小，上述天线为双极化天线，而且结构紧凑、体积较小。

Description

超宽带双极化微带天线
技术领域
本发明涉及通信信号天线，特别涉及一种超宽带双极化微带天线。
背景技术
随着通信技术的迅猛发展，进一步要求提高通讯系统的容量，目前一般采用极化分集技术来提高天线的工作效率。而天线作为无线信号发射、接收的关键设备，在功能、体积、重量上发生了巨大的变化。在通信设备上如何集成低剖面、宽频带、结构紧凑的双极化天线逐渐成为各设备厂商关注的焦点。
微带天线以其体积小、重量轻、低剖面、成本低、易与有源器件、电路集成为统一的组件等优势，在移动通信和个人无线设备中得到广泛的应用。但频带过窄是其主要缺点，目前典型的微带天线相对带宽小于 10％，通过加载平面喇叭、锥体等技术手段能扩展其带宽，但该种天线的体积较大，且多为单极化天线。因此，在超宽频工作下设计出高隔离度，兼具体积小，紧凑型双极化天线成为天线研发的重点和难点。
发明内容
本发明的目的是提供一种体积小、重量轻、成本低、高隔离的超宽带双极化微带天线，至少能够解决上述问题之一。
为实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种超宽带双极化微带天线，包括底板、馈电线、电路板和外罩，电路板设于底板上方，外罩罩设于底板外，馈电线一端穿过底板与电路板相连接，电路板上设有高频辐射单元和低频辐射单元，高频辐射单元和低频辐射单元分别设置于电路板的正、反两面，馈电线一端依次与低频辐射单元、高频辐射单元连接，高频辐射单元和低频辐射单元均为两个，两个高频辐射单元以电路板的中心对称设置且分别设于电路板的两对角，两个低频辐射单元相互靠近设置。
由此，本发明采用超薄印制的电路板代替体积较大的喇叭等体积较大的组件，使得内部空间大大减小，占用空间小；通过将高频辐射单元和低频辐射单元均设置为两个，且两个高频辐射单元分别设于电路板的两对角，其物理距离最远，有利于提高两个极化高频单元的隔离度，两个低频辐射单元相互靠近设置，依靠两个低频辐射单元的互耦等效作用，提高低频单元的电长度，进而改善低频驻波，同时减小物理尺寸，使得整体体积更小、结构更紧凑。上述天线为双极化天线，而且结构紧凑、体积较小。
在一些实施方式中，高频辐射单元上开设有第一缝隙和第二缝隙，第一缝隙与第二缝隙的长度不同，第一缝隙和第二缝隙设置于高频辐射单元的边缘。由此，高频辐射单元上设有多个长度不同的缝隙，使得天线在相应的频段上谐振，进而扩展工作带宽。
在一些实施方式中，高频辐射单元上还开设有第三缝隙，第三缝隙设置于高频辐射单元的内部。由于高频辐射单元上设有不同长度的第一缝隙和第二缝隙，工作时会引起天线表面电流混乱，易造成天线的辐射效率的降低，使得天线在工作带宽内增益一致性较差，通过在高频辐射单元上设置第三缝隙，可以平衡高频辐射单元上的表面电流，使得各频段的增益保持均衡。
在一些实施方式中，低频辐射单元上开设有第四缝隙，第四缝隙设置于低频辐射单元的边缘。由此，第四缝隙会引起一陷波，使得在低频与高频之间不需要工作的频段出现阻带效应，代替滤波器有效滤除天线工作时其他非工作频段带来的影响，滤除效果较好。
在一些实施方式中，高频辐射单元的一端设有调节枝节，调节枝节连接馈电线。由此，调节枝节用于调节高频辐射单元的驻波。
在一些实施方式中，高频辐射单元为矩形或者椭圆形。由此，可以根据需要对辐射单元的外形进行设置，以满足不同的需求。
在一些实施方式中，底板边缘设有卡槽，外罩边缘设有卡扣，卡扣与卡槽相扣合。由此，外罩上的卡扣与底板上的卡槽相扣合，安装拆卸方便，而且不影响信号。
在一些实施方式中，底板上设有限位梢，电路板上设有限位孔，限位孔与限位梢相配合。由此，电路板可拆卸安装于底板上，限位孔与限位梢的设置能有效避免电路板错位或者反向安装。
本发明的有益效果为：本发明采用超薄印制的电路板代替体积较大的喇叭等体积较大的组件，使得内部空间大大减小，占用空间小；通过将高频辐射单元和低频辐射单元均设置为两个，且两个高频辐射单元分别设于电路板的两对角，其物理距离最远，有利于提高两个极化高频单元的隔离度，两个低频辐射单元相互靠近设置，依靠两个低频辐射单元的互耦等效作用，提高低频单元的电长度，进而改善低频驻波，同时减小物理尺寸，使得整体体积更小、结构更紧凑；高频辐射单元上开设有第一缝隙、第二缝隙和第三缝隙，第一缝隙和第二缝隙设置于高频辐射单元的边缘，高频辐射单元上设有多个长度不同的缝隙，使得天线在相应的频段上谐振，进而扩展工作带宽；第三缝隙设置于高频辐射单元的内部，由于高频辐射单元上设有不同长度的第一缝隙和第二缝隙，工作时会引起天线表面电流混乱，易造成天线的辐射效率的降低，使得天线在工作带宽内增益一致性较差，通过在高频辐射单元上设置第三缝隙，可以平衡高频辐射单元上的表面电流，使得各频段的增益保持均衡；低频辐射单元上开设有第四缝隙，第四缝隙会引起一陷波，使得在低频与高频之间不需要工作的频段出现阻带效应，代替滤波器有效滤除天线工作时其他非工作频段带来的影响，滤除效果较好。因此，本发明的超宽带双极化微带天线具有体积小、结构紧凑、隔离度高、一致性好、增益好等优点。
附图说明
图1为本发明一实施方式的超宽带双极化微带天线的结构示意图；
图2为图1所示的超宽带双极化微带天线的俯视示意图；
图3为图2所示的超宽带双极化微带天线的电路板正面的高频辐射单元的结构示意图；
图4为图2所示的超宽带双极化微带天线的电路板反面的低频辐射单元的结构示意图；
图5为图1所示的超宽带双极化微带天线在800MHz的辐射方向图；
图6为图1所示的超宽带双极化微带天线在4000MHz的辐射方向图；
图7为图1所示的超宽带双极化微带天线的底板的结构示意图；
图8为图1所示的超宽带双极化微带天线的外罩的结构示意图；
图9为实施例2的超宽带双极化微带天线的底板的结构示意图；
图10为实施例2的超宽带双极化微带天线的外罩的结构示意图。
图1～10中的附图标记：1-底板；2-电路板；3-外罩3；4-馈电线；11- 卡槽；12-加强筋；13-限位梢；14-连接孔；21-高频辐射单元；22-低频辐射单元；23-限位孔；24-馈电芯；31-卡扣；121-同心圆状加强筋；122-直径条状加强筋；211-第一缝隙；212-第二缝隙；213-第三缝隙；214-调节枝节； 221-第四缝隙。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细的说明。
实施例1
如图1～7所示，该超宽带双极化微带天线包括底板1、馈电线4、电路板2和外罩3。外罩3罩设于底板1外，电路板2设于底板1与外罩3之间。馈电线4的一端穿过底板1与电路板2相连接，另一端为接头，用于外接电源和数据。本实施方式的电路板2为印制电路板2，电路板2上设有高频辐射单元21和低频辐射单元22。高频辐射单元21蚀刻于电路板2的正面，低频辐射单元22蚀刻于电路板2的反面，馈电线4的一端穿过底板1依次与低频辐射单元22、高频辐射单元21连接。本实施方式的超宽带双极化微带天线采用超薄印制的电路板2作为接收器，使得内部空间大大减小，从而使得天线整体的体积变小，占用空间变小，方便安装和使用，而且印制电路板2结构的电路板2效率高，一致性较好。
如图2和图3所示，本实施方式的高频辐射单元21可以是矩形或者椭圆形等形状，本实施方式的高频辐射单元21为不规则矩形。高频辐射单元 21为两个，两个高频辐射单元21以电路板2的中心对称设置且分别设于电路板2的两对角，其中一个高频辐射单元21呈45°放置于电路板2的右下角，另一个高频辐射单元21呈45°放置于电路板2的左上角。由此，两个高频辐射单元21分别设于电路板2的两对角，两者之间的物理距离最远，有利于提高两个极化高频单元的隔离度。高频辐射单元21上开设有第一缝隙211、第二缝隙212和第三缝隙213。第一缝隙211和第二缝隙212设置于高频辐射单元21的边缘。第一缝隙211与第二缝隙212的形状可以根据需要进行设置，本实施方式的第一缝隙211为“T”字形缝隙，第二缝隙212 为“回”字形缝隙。第一缝隙211与第二缝隙212的长度不同，第一缝隙的长度为23～25mm，第二缝隙的长度为40～45mm。第一缝隙211与第二缝隙212的宽度相同，缝隙宽度均为2～3mm。第一缝隙211的深度约为频带中心频点对应的四分之一波长，该频带中心频点对应为3.5GHz。第二缝隙 212的深度约为频带中心频点对应的四分之一波长，该频带中心频点对应为 1.8GHz。由此，在高频辐射单元21上开设有第一缝隙211、第二缝隙212 等多个缝隙，使得天线在相应的频段上谐振，从而增加天线工作的带宽。第三缝隙213与第一缝隙211、第二缝隙212不同，第三缝隙213设置于第一缝隙211和第二缝隙212的左上侧或者右下侧且设置于高频辐射单元21 的内部。本实施方式的第三缝隙213为“工”字形缝隙，第三缝隙213的长度为20～23mm，缝隙宽度为2～3mm。由于高频辐射单元21上设有不同长度的第一缝隙211和第二缝隙212，工作时会引起天线表面电流混乱，易造成天线的辐射效率的降低，使得天线在工作带宽内增益一致性较差，通过在高频辐射单元21上设置一“工”字形的第三缝隙213来平衡高频辐射单元21的表面电流，使得各频段的增益保持均衡。
如图2和图4所示，本实施方式的低频辐射单元22也为两个，两个低频辐射单元22相互靠近设置。本实施方式的低频辐射单元22与高频辐射单元21放置在天线两端不同，两个低频辐射单元22呈镜像且旋转90°布置，两个低频辐射单元22相互靠近。依靠两个低频辐射单元22的互耦等效作用可以提高低频辐射单元22的电长度，改善低频驻波，同时减小物理尺寸。
每个低频辐射单元22上均开设有第四缝隙221，第四缝隙221设置于低频辐射单元22的边缘。本实施方式的低频辐射单元22呈矩形，左边水平的低频辐射单元22的左上角部分切角，右边垂直的低频辐射单元22的右下角部分切角，进而可以避免影响正面高频辐射单元21的电磁波辐射。第四缝隙221设置于低频辐射单元22发斜切边的中部。第四缝隙221为条形缝隙，长度为18～20mm，宽度均为1～2mm。第四缝隙221的深度约为频带中心频点对应的四分之一波长，本实施方式的频带中心频点对应为 1.3GHz。第四缝隙221可以引起一陷波，使得天线在低频与高频之间不需要工作的频段呈阻带效应，代替滤波器有效滤除天线工作时其他非工作频段带来的影响，滤除效果较好。左边水平的极化单元的馈电点位置位于相应低频辐射单元22右下侧，靠近垂直边；右边垂直的极化单元的馈电点靠近该低频辐射单元22切边测，两个馈电点至对应高频辐射阵子相位差约为低频中心频点相位四分之一波长。
此外，本实施方式的电路板2上还设有调节枝节214，调节枝节214 设置于高频辐射单元21的左下侧，调节枝节214一端与高频辐射单元21 相连通，另一端连接至馈电线4。本实施方式的调节枝节214为两个，调节枝节214用于调节高频辐射单元21的驻波。
如图5和图6所示，本实施方式的的天线在工作频段内呈现全向辐射，如图5所示，在角度为0°和-180°时辐射达到最强，如图6所示，在角度为0°和-180°时辐射达到最强，天线在在高频(4000MHz)以及低频 (800MHz)两个频段内，增益方向图均为近似圆形，表明天线具有良好而稳定的全向辐射特性，适用于超宽带无线通信技术领域。
如图7和图8所示，本实施方式的底板1与外罩3上均设有多条加强筋12，多条加强筋12纵横交错设置，由此，大大提高了底板1和外罩3 的强度，从而使得底板1和外罩3不易断裂，大大提高了使用寿命。底板1 的边缘设有多个卡槽11，外罩3的边缘设有多个卡扣31，卡扣31与卡槽 11相扣合，而外罩3的直径大于底板1的直径，从而外罩3可以与底板1 扣合，相比传统的使用螺丝固定的方法，本实施方式的扣合方式更为简单，而且安装拆卸方便。本实施方式的超宽带双极化微带天线的底板1与外罩3 为矩形超薄板状结构，板状结构的一致性好，扣合后整体结构比较稳定，而且占用空间小。底板1与外罩3上均设有多条加强筋12，多条加强筋12 纵横交错设置，电路板2设置于加强筋12上。由此，加强筋12的设置大大提高了底板1和外罩3的强度，从而使得底板1和外罩3不易断裂，进而提高了使用寿命。
电路板2可拆卸安装于底板1上，底板1上设有限位梢13，限位稍固定设于底板1上。电路板2上开设有限位孔23，限位孔23与限位梢13相配合。本发明的限位梢13和限位孔23均为四个，且四个限位梢13和四个限位孔23随机分布，四个限位梢13以及四个限位孔23的连接起来的图形为不规则四边形。电路板2可以固定安装于底板1上，四个限位孔23与四个限位梢13的设置可以有效避免电路板2错位或者反向安装，大大提高了安装效率。
底板1中心设有连接孔14，连接孔14为两个。电路板2上设有馈电芯 24，馈电芯24为两个。馈电线4的一端穿过底板1上的连接孔14焊接至电路板2的馈电芯24处。连接孔14的设置方便馈电线4与电路板2的连接。
实施例2
本实施例中的超宽带微带天线与实施例1中的结构大致相同，其区别在于，本实施方式中的底板和外罩的结构不同。
如图9和图10所示，本实施方式的底板1与外罩3为圆形，底板1与外罩3上均设有多条加强筋12，多条加强筋12交错设置。本实施方式的宽频带吸顶天线的底板1与外罩3上的加强筋12均包括同心圆状加强筋121 和直径条状加强筋122，同心圆状加强筋121和直径条状加强筋122交叉交错分布。由此，大大提高了底板1和外罩3的强度，从而使得底板1和外罩3不易断裂，大大提高了使用寿命。
底板1边缘设有多个卡槽11，外罩3边缘设有多个卡扣31，本实施方式的卡扣31与卡槽11均为八个。八个卡扣31与八个卡槽11相扣合，而外罩3的直径略大于底板1的直径，从而外罩3可以与底板1扣合。相比现有技术的使用螺丝固定的方法，本发明的扣合方式更为简单，而且安装拆卸方便。
以上所述的仅是本发明的一些实施方式。对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.超宽带双极化微带天线，包括底板(1)、馈电线(4)、电路板(2)和外罩(3)，所述电路板(2)设于底板(1)上方，所述外罩(3)罩设于底板(1)外，所述馈电线(4)一端穿过底板(1)与电路板(2)相连接，其特征在于，所述电路板(2)上设有高频辐射单元(21)和低频辐射单元(22)，所述高频辐射单元(21)和低频辐射单元(22)分别设置于电路板(2)的正、反两面，所述馈电线(4)一端依次与低频辐射单元(22)、高频辐射单元(21)连接，所述高频辐射单元(21)和低频辐射单元(22)均为两个；
两个所述高频辐射单元(21)以电路板(2)的中心对称设置且分别设于电路板(2)的两对角，两者之间的物理距离最远，有利于提高两个极化的隔离度；
两个所述低频辐射单元(22)在电路板（2）上的投影位置设于两所述高频辐射单元(21)在电路板（2）上的投影位置之间；
两个所述低频辐射单元(22)呈镜像且旋转90°布置，且相互靠近设置，从而形成互耦；
所述高频辐射单元(21)上开设有第一缝隙(211)和第二缝隙(212)，所述第一缝隙(211)与第二缝隙(212)的长度不同，所述第一缝隙(211)和第二缝隙(212)设置于高频辐射单元(21)的边缘；
所述高频辐射单元(21)上还开设有第三缝隙(213)，所述第三缝隙(213)设置于高频辐射单元(21)的内部；
所述低频辐射单元(22)上开设有第四缝隙(221)，所述第四缝隙(221)设置于低频辐射单元(22)的边缘；
所述低频辐射单元（22）呈矩形，左边水平的所述低频辐射单元（22）的左上角部分切角，右边垂直的所述低频辐射单元（22）的右下角部分切角。
2.根据权利要求1所述的超宽带双极化微带天线，其特征在于，所述高频辐射单元(21)的一端设有调节枝节(214)，所述调节枝节(214)连接馈电线(4)。
3.根据权利要求1所述的超宽带双极化微带天线，其特征在于，所述高频辐射单元(21)为矩形或者椭圆形。
4.根据权利要求1～3任一项所述的超宽带双极化微带天线，其特征在于，所述底板(1)边缘设有卡槽(11)，所述外罩(3)的边缘设有卡扣(31)，卡扣(31)与卡槽(11)相扣合。
5.根据权利要求1～3任一项所述的超宽带双极化微带天线，其特征在于，所述底板(1)上设有限位梢(13)，所述电路板(2)上设有限位孔(23)，所述限位孔(23)与限位梢(13)相配合。
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