CN109728410B - 双频小板状天线 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双频小板状天线，包括射频连接器、同轴电缆、反射板和天线罩，反射板上安装固定有高频双面覆铜PCB板，高频双面覆铜PCB板的正面设有第一双频辐射振子、阻抗匹配器、馈电连接点和正面传输线路，高频双面覆铜PCB板的背面设有第二双频辐射振子、平衡‑不平衡转换器单元、接地焊接处和背面传输线路；正面传输线路包括第一阻抗变换线段、第二阻抗变换线段和第三阻抗变换线段；平衡‑不平衡转换器单元包括第一平衡‑不平衡转换器、第二平衡‑不平衡转换器、第三平衡‑不平衡转换器、第四平衡‑不平衡转换器和第五平衡‑不平衡转换器。本发明体积较小、重量较轻、频带较宽且双频段覆盖、辐射性能指标较好。

Description

双频小板状天线

技术领域

本发明涉及天线领域，特别涉及一种双频小板状天线。

背景技术

现有的无线局域网的双频小板状天线大部分采用两幅不同频率的天线装在一个天线壳子里，这样的结构势必造成体积大，成本高，调试难，不适合批量生产，且两幅天线之间易产生干扰，产品使用的效果差；少部分双频小板状天线由于未能很好的解决低驻波和良好的方向性的问题，难以满足无线局域网终端设备在无线网络覆盖中的应用。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种体积较小、重量较轻、频带较宽且双频段覆盖、辐射性能指标较好的双频小板状天线。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种双频小板状天线，包括射频连接器、同轴电缆、反射板和天线罩，所述反射板设置在所述天线罩内，所述反射板上安装固定有高频双面覆铜PCB板，所述高频双面覆铜PCB板的正面设有第一双频辐射振子、阻抗匹配器、馈电连接点和正面传输线路，所述高频双面覆铜PCB板的背面设有第二双频辐射振子、平衡-不平衡转换器单元、接地焊接处和背面传输线路，所述同轴电缆一端的外导体与所述接地焊接处焊接导通，内导体与所述馈电连接点焊接连通后通过所述阻抗匹配器和正面传输线路与所述第一双频辐射振子连通，所述同轴电缆的另一端与所述射频连接器连接导通并焊接固定；

所述正面传输线路包括第一阻抗变换线段、第二阻抗变换线段和第三阻抗变换线段，所述第一阻抗变换线段的一端与所述第一双频辐射振子的一端连接导通，所述第一阻抗变换线段的另一端与所述第二阻抗变换线段的一端连接导通，所述第二阻抗变换线段的另一端与所述第三阻抗变换线段的一端连接导通，所述第三阻抗变换线段的另一端与所述阻抗匹配器的一端连接导通；

所述平衡-不平衡转换器单元包括第一平衡-不平衡转换器、第二平衡-不平衡转换器、第三平衡-不平衡转换器、第四平衡-不平衡转换器和第五平衡-不平衡转换器，所述第一平衡-不平衡转换器的一端与所述第二双频辐射振子的一端连接导通，所述第一平衡-不平衡转换器的另一端与所述第二平衡-不平衡转换器的一端连接导通，所述第二平衡-不平衡转换器的另一端与所述第三平衡-不平衡转换器的一端连接，所述第三平衡-不平衡转换器的另一端与所述接地焊接处的一端连接导通，所述接地焊接处的另一端与所述第四平衡-不平衡转换器的一端连接导通，所述第四平衡-不平衡转换器的另一端与所述第五平衡-不平衡转换器的一端连接导通，所述第五平衡-不平衡转换器的另一端与所述第二双频辐射振子连接导通。

在本发明所述的双频小板状天线中，所述第一双频辐射振子以微带线印制在所述高频双面覆铜PCB板的正面上，所述第二双频辐射振子以微带线印制在所述高频双面覆铜PCB板的背面上，所述第一双频辐射振子和第二双频辐射振子的辐射面的两边各设计成一个凹字形状。

在本发明所述的双频小板状天线中，所述第一双频辐射振子和第二双频辐射振子的高度均为1/4λ₀，其中，λ₀为中心频点的空间自由波长，所述第一双频辐射振子和第二双频辐射振子馈电后为所述双频小板状天线的半波辐射振子。

在本发明所述的双频小板状天线中，所述高频双面覆铜PCB板的厚度为1.40mm～1.60mm，长度为77.65mm～80.52mm，宽度为44.34mm～46.55mm。

在本发明所述的双频小板状天线中，所述反射板的长度为206mm～210mm，宽度为169mm～172mm，厚度为1.4mm～1.6mm，所采用的材料为铝合金板。

在本发明所述的双频小板状天线中，所述高频双面覆铜PCB板与所述反射板的间距为4.4mm～5.6mm。

在本发明所述的双频小板状天线中，所述阻抗匹配器的形状和大小与所述接地焊接处的形状和大小相同，其长度和宽度为10.19mm～11.63mm。

实施本发明的双频小板状天线，具有以下有益效果：由于在反射板上设有高频双面覆铜PCB板，高频双面覆铜PCB板的正面上设有正面传输线路和阻抗匹配器，正面传输线路包括第一阻抗变换线段、第二阻抗变换线段和第三阻抗变换线段等多节阻抗变换线，高频双面覆铜PCB板的背面设有第一平衡-不平衡转换器、第二平衡-不平衡转换器、第三平衡-不平衡转换器、第四平衡-不平衡转换器和第五平衡-不平衡转换器，通过利用介质微带技术、多频和宽频带技术以及耦合谐振技术，可以在有限空间和体积内达到完美的电性能指标，在高频双面覆铜PCB板的下面平行放置一反射板，可使天线的方向图变成单向性并提高天线的增益，通过改变介质基板上的微带传输线的大小和形状以及反射板和辐射振子线路板的间距，来获得天线较好的电性能参数，省去阻抗匹配网络的复杂设计，保证其小型化，使其能够应用在尺寸受限的终端设备之中；因双面覆铜介质基板的微带传输线上无任何遮挡，使得天线辐射面积利用率高，抗干扰能力强，因此体积较小、重量较轻、频带较宽且双频段覆盖、辐射性能指标较好。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明双频小板状天线一个实施例中的结构示意图；

图2为所述实施例中反射板的结构示意图；

图3为所述实施例中天线罩的主视结构示意图；

图4为所述实施例中天线罩的立体结构示意图；

图5为所述实施例中高频双面覆铜PCB板的正面结构示意图；

图6为所述实施例中高频双面覆铜PCB板的背面结构示意图；

图7为所述实施例中双频小板状天线测试的驻波图；

图8为所述实施例中双频小板状天线在2450MHz频段测试的方向图；

图9为所述实施例中双频小板状天线在5500MHz频段测试的方向图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明双频小板状天线实施例中，该双频小板状天线的结构示意图如图1所示。图1中，该双频小板状天线包括射频连接器1、同轴电缆2、反射板3和天线罩4，反射板3设置在天线罩4内。图2为本实施例中反射板的结构示意图；图3为本实施例中天线罩的主视结构示意图；图4为本实施例中天线罩的立体结构示意图；反射板3上安装固定有高频双面覆铜PCB板A，高频双面覆铜PCB板A具体是通过塑料螺丝安装固定在反射板3上。

图5为本实施例中高频双面覆铜PCB板的正面结构示意图。图5中，该高频双面覆铜PCB板A的正面设有第一双频辐射振子5、阻抗匹配器9、馈电连接点10和正面传输线路。正面传输线路包括第一阻抗变换线段6、第二阻抗变换线段7和第三阻抗变换线段8，第一阻抗变换线段6的一端与第一双频辐射振子5的一端连接导通，第一阻抗变换线段6的另一端与第二阻抗变换线段7的一端连接导通，第二阻抗变换线段7的另一端与第三阻抗变换线段8的一端连接导通，第三阻抗变换线段8的另一端与阻抗匹配器9的一端连接导通。

图6为本实施例中高频双面覆铜PCB板的背面结构示意图，图6中，该高频双面覆铜PCB板A的背面设有第二双频辐射振子17、平衡-不平衡转换器单元、接地焊接处14和背面传输线路。其中，平衡-不平衡转换器单元包括第一平衡-不平衡转换器11、第二平衡-不平衡转换器12、第三平衡-不平衡转换器13、第四平衡-不平衡转换器15和第五平衡-不平衡转换器16，第一平衡-不平衡转换器11的一端与第二双频辐射振子17的一端连接导通，第一平衡-不平衡转换器11的另一端与第二平衡-不平衡转换器12的一端连接导通，第二平衡-不平衡转换器12的另一端与第三平衡-不平衡转换器13的一端连接，第三平衡-不平衡转换器13的另一端与接地焊接处14的一端连接导通，接地焊接处14的另一端与第四平衡-不平衡转换器15的一端连接导通，第四平衡-不平衡转换器15的另一端与第五平衡-不平衡转换器16的一端连接导通，第五平衡-不平衡转换器16的另一端与第二双频辐射振子17连接导通。

同轴电缆2一端的外导体与接地焊接处14焊接导通，内导体与馈电连接点10焊接连通后通过阻抗匹配器9和正面传输线路与第一双频辐射振子5连通，同轴电缆2的另一端与射频连接器1连接导通并焊接固定。

本实施例中，在高频双面覆铜PCB板A的正面微带传输线路阻抗匹配中，采用全新的独特的设计，设计成有多节阻抗变换线段和阻抗匹配器9构成，高频双面覆铜PCB板A的正面传输线路包括第一阻抗变换线段6、第二阻抗变换线段7和第三阻抗变换线段8，把微带传输线设计成不规则形状，通过改变高频双面覆铜PCB板A上微带传输线的大小、形状以及微带传输线的间距来获得天线较好的电性能参数。

在高频双面覆铜PCB板A的背面微带传输线路阻抗匹配中，高频双面覆铜PCB板A的背面设有第一平衡-不平衡转换器11、第二平衡-不平衡转换器12、第三平衡-不平衡转换器13、第四平衡-不平衡转换器15和第五平衡-不平衡转换器16，采用多个平衡-不平衡转换匹配器的设计既可增加带宽，同时在阻抗的匹配方面也起到耦合谐振的作用。使得电流的不平衡变为平衡，形成宽频带，低驻波的特性，从而达到天线阻抗的共轭匹配。

本实施例中，在高频双面覆铜PCB板A的正面和背面的双频辐射振子的设计中，第一双频辐射振子5和第二双频辐射振子17的辐射面的两边各设计成一个凹字形状，使得馈电连接点10到达各顶部的电长度是渐变的，从而达到各个频点的谐振，由于辐射振子辐射面的两边采用有凹字形状的设计，使得馈电连接点10到达各顶部的电长度是渐变的，等于该辐射振子的辐射面的上部接上了不同的平滑过渡段，使得沿天线表面电流反射很小，从而有效地展宽阻抗和带宽，实现天线的双频和高频段的宽频特性，这种设计既可增加带宽，同时在阻抗的匹配方面也起到了耦合谐振的作用，可以在有限空间和体积内达到完美的电性能指标。

本实施例中，馈电线路包括介质基板和以微带线印制在介质基板上的双频辐射振子和匹配网络，第一双频辐射振子5以微带线印制在高频双面覆铜PCB板A的正面上，第二双频辐射振子17以微带线印制在高频双面覆铜PCB板A的背面上，第一双频辐射振子5和第二双频辐射振子17的高度均为1/4λ₀，其中，λ₀为中心频点的空间自由波长，第一双频辐射振子5和第二双频辐射振子17馈电后为该双频小板状天线的半波辐射振子。

本实施例中，高频双面覆铜PCB板A的厚度为1.40mm～1.60mm，长度为77.65mm～80.52mm，宽度为44.34mm～46.55mm。反射板3的长度为206mm～210mm，宽度为169mm～172mm，厚度为1.4mm～1.6mm，反射板3所采用的材料为铝合金板。高频双面覆铜PCB板A与反射板3的间距为4.4mm～5.6mm。阻抗匹配器9的形状和大小与接地焊接处14的形状和大小相同，其长度和宽度为10.19mm～11.63mm。

本发明的双频小板状天线经样品的多次改进和完善，最后经仪器的检测验证，其频率范围可达到2400MHz～2500MHz/5150MHz～5850MHz，宽频带达到了比同类产品更完善的覆盖范围和更优良的性能，可应用于各类无线通信网络覆盖中；低频段(2400MHz～25000MHz)增益达到14dBi左右，驻波比1.50以下，高频段(5150MHz～5850MHz)增益达到15dBi左右，驻波比1.70以下，天线的水平面半功率角30°～35°，垂直面半功率角30°～35°前后比大于25dB，可参见图7～图9，图7为本实施例中双频小板状天线测试的驻波图；图8为本实施例中双频小板状天线在2450MHz频段测试的方向图；图9为本实施例中双频小板状天线在5500MHz频段测试的方向图。

本发明突破了传统小板状天线单一频段辐射的局限性，实现多频段的定向辐射，同时成本较为低廉，能解决传统的双频天线难加工、难调试、成本高和性能差的问题；其制作简单，易于批量生产，体积较小，重量较轻，便于天线的安装，具有损耗较小、阻抗匹配较好和驻波比较低等优点。

总之，本实施例中，该双频小板状天线具有馈电简洁、尺寸较小、厚度较薄、易于规模生产和辐射性能指标较好等特点，同时该双频小板状天线的结构较为简单，成本较低，安装较为方便。本发明的双频小板状天线可同时用于2400MHz～2500MHz/5150MHz～5850MHz内所有频段的通信用途。

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、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种双频小板状天线，其特征在于，包括射频连接器、同轴电缆、反射板和天线罩，所述反射板设置在所述天线罩内，所述反射板上安装固定有高频双面覆铜PCB板，所述高频双面覆铜PCB板的正面设有第一双频辐射振子、阻抗匹配器、馈电连接点和正面传输线路，所述高频双面覆铜PCB板的背面设有第二双频辐射振子、平衡-不平衡转换器单元、接地焊接处和背面传输线路，所述同轴电缆一端的外导体与所述接地焊接处焊接导通，内导体与所述馈电连接点焊接连通后通过所述阻抗匹配器和正面传输线路与所述第一双频辐射振子连通，所述同轴电缆的另一端与所述射频连接器连接导通并焊接固定；

所述正面传输线路包括第一阻抗变换线段、第二阻抗变换线段和第三阻抗变换线段，所述第一阻抗变换线段的一端与所述第一双频辐射振子的一端连接导通，所述第一阻抗变换线段的另一端与所述第二阻抗变换线段的一端连接导通，所述第二阻抗变换线段的另一端与所述第三阻抗变换线段的一端连接导通，所述第三阻抗变换线段的另一端与所述阻抗匹配器的一端连接导通；

所述平衡-不平衡转换器单元包括第一平衡-不平衡转换器、第二平衡-不平衡转换器、第三平衡-不平衡转换器、第四平衡-不平衡转换器和第五平衡-不平衡转换器，所述第一平衡-不平衡转换器的一端与所述第二双频辐射振子的一端连接导通，所述第一平衡-不平衡转换器的另一端与所述第二平衡-不平衡转换器的一端连接导通，所述第二平衡-不平衡转换器的另一端与所述第三平衡-不平衡转换器的一端连接，所述第三平衡-不平衡转换器的另一端与所述接地焊接处的一端连接导通，所述接地焊接处的另一端与所述第四平衡-不平衡转换器的一端连接导通，所述第四平衡-不平衡转换器的另一端与所述第五平衡-不平衡转换器的一端连接导通，所述第五平衡-不平衡转换器的另一端与所述第二双频辐射振子连接导通；

所述第一双频辐射振子以微带线印制在所述高频双面覆铜PCB板的正面上，所述第二双频辐射振子以微带线印制在所述高频双面覆铜PCB板的背面上，所述第一双频辐射振子和第二双频辐射振子的辐射面的两边各设计成一个凹字形状；所述第一双频辐射振子和第二双频辐射振子的高度均为1/4λ0，其中，λ0为中心频点的空间自由波长，所述第一双频辐射振子和第二双频辐射振子馈电后为所述双频小板状天线的半波辐射振子；所述高频双面覆铜PCB板的厚度为1.40mm～1.60mm，长度为77.65mm～80.52mm，宽度为44.34mm～46.55mm。

2.根据权利要求1所述的双频小板状天线，其特征在于，所述反射板的长度为206mm～210mm，宽度为169mm～172mm，厚度为1.4mm～1.6mm，所采用的材料为铝合金板。

3.根据权利要求1所述的双频小板状天线，其特征在于，所述高频双面覆铜PCB板与所述反射板的间距为4.4mm～5.6mm。

4.根据权利要求1所述的双频小板状天线，其特征在于，所述阻抗匹配器的形状和大小与所述接地焊接处的形状和大小相同，其长度和宽度为10.19mm～11.63mm。

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