CN110148835B - 双频高增益智能网关天线 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种双频高增益智能网关天线，所述天线包括两条外置天线和分别连接所述两条外置天线的馈电线路板，其中一条为2.4GHZ外置天线，另一条为5.8GHZ外置天线，所述馈电线路板为正反两面印刷电路，所述两条外置天线分别通过一同轴馈线与所述馈电线路板的正面和反面的印刷电路连接；所述2.4GHZ外置天线采用J形微带结构，所述5.8GHZ外置天线采用共面波导并馈的偶极子天线阵结构。本发明具有容易加工、低剖面小型化、全向性能好、高增益等优点。本发明不仅克服了一般天线增益低、不易小型化双频工作的缺陷、而且简化外置天线数目四根变为两根，节约了天线物料成本，更加适合广泛推广使用。
Description
技术领域
本发明涉及天线技术领域，特别涉及一种双频高增益智能网关天线。
背景技术
智能网关产品作为家庭光纤入户转无线网络覆盖的接入点，是一种双向传输的无线电设备，这类家用无线网络产品输出功率一般不超过20dBm，为达到大范围的室内覆盖和穿墙效果，需要选择高性能的双频小型化天线和整机配套达到上行和下行高吞吐量效果。
在无线网络系统中，距离越远，信号越弱，因此信号强度制约了无线网络覆盖距离。网络覆盖距离目前一般方法是加功放、降低噪放和提高天线增益，天线作为无线电系统的基本部件，它为辐射和接收无线电波提供了手段，其性能优劣，直接影响信号发射和接收的吞吐量效果，对智能网关发展和应用有着极其重要意义。
现有的双频智能网关一般有四根外置天线，2.4GHz和5.8GHz天线各两根，分别实现两发两收MIMO技术。但是在某些应用场景，为达到产品美观，只能出现两根外置天线，每根外置天线将是2.4GHz和5.8GHz双频工作，两个射频出口。目前所使用的天线技术存在许多不足，一个是天线增益不够高，一般2dBi，或增益虽高，但方向图不圆度差，不能完美实现双频工作；二个天线结构不紧凑，尺寸过大不容易装进现成的天线壳。
因此，如何实现天线双频工作和小型化的同时，兼顾天线的其它性能指标，如效率、增益、带宽、隔离度等，成为目前研究的难点。
发明内容
基于此，有必要提供一种双频高增益智能网关天线，以克服现有的天线增益低、不易小型化双频工作等缺陷。
为实现上述发明目的，本发明采用以下技术方案。
本发明提供一种双频高增益智能网关天线，所述天线包括两条外置天线和分别连接所述两条外置天线的馈电线路板，其中一条为2.4GHZ外置天线，另一条为5.8GHZ外置天线，所述馈电线路板为正反两面印刷电路，所述两条外置天线分别通过一同轴馈线与所述馈电线路板的正面和反面的印刷电路连接；所述2.4GHZ外置天线采用J形微带结构，所述5.8GHZ外置天线采用共面波导并馈的偶极子天线阵结构。
优选地，两条所述外置天线均具有天线壳，所述同轴馈线从所述天线壳的下端引出，所述馈电线路板正反两面的印刷电路分别引出一射频座子，两个所述同轴馈线与两个所述射频座子一一对应连接。
优选地，所述馈电线路板的介质板采用聚四氟乙烯板，罗杰斯或FR-4绝缘板制成。
优选地，所述2.4GHZ外置天线的总长度为3/4波长，其中，自上而下的1/4波长为匹配段，其余为辐射段。
优选地，所述2.4GHZ外置天线的馈电点位于所述J形微带的阻抗为50Ω的位置。
优选地，所述5.8GHZ外置天线的所述偶极子设置有两臂和两个相同的阵元，所述两个阵元排列于一直线上。
优选地，所述两个阵元之间的间距为d＝32.5mm。
优选地，所述5.8GHZ外置天线的馈电点位于所述两个阵元的距离中心向下偏移1/4波长的位置附近。
优选地，所述5.8GHz天线馈电线路板上的印刷线路为带状线或微带线。
优选地，所述天线壳呈扁状，其长宽高尺寸为93mm*12mm*0.6mm。
本发明通过将馈电线路板设置为正反两面印刷电路，使两条外置天线分别通过一同轴馈线与所述馈电线路板的正面和反面的印刷电路连接，同时，所述2.4GHZ外置天线采用J形微带结构，所述5.8GHZ外置天线采用共面波导并馈的偶极子天线阵结构，使天线具有容易加工、低剖面小型化、全向性能好、高增益等优点。本发明不仅克服了一般天线增益低、不易小型化双频工作的缺陷、而且简化外置天线数目四根变为两根，节约了天线物料成本，更加适合广泛推广使用。
附图说明
图1为本实施例中双频高增益智能网关的结构示意图；
图2为本实施例中双频高增益智能网关中2.4GHZ外置天线的结构示意图；
图3为本实施例中2.4GHz天线的中心频点E面方向图；
图4为本实施例中双频高增益智能网关中5.8GHZ外置天线的结构示意图；
图5为本实施例中5.8GHz天线的中心频点E面方向图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例做进一步说明。
参照图1所示，本实施例提供一种双频高增益智能网关天线，它包含两条外置天线，一条为工作频段是2.4GHZ的外置天线，另一条为工作频段是5.8GHZ的外置天线，分别实现各自频率的信号收发功能。上述网关天线还包括一馈电线路板10，该馈电线路板10包括正反两面印刷电路11和12，正面印刷电路11与2.4GHZ的外置天线连接，反面印刷电路12与5.8GHZ的外置天线连接，分别工作，互不干扰。与目前常用的天线类似，这两条外置天线分别通过一同轴馈线与所述馈电线路板10的正面和反面的印刷电路11、12连接。同时，两条所述外置天线均具有天线壳，所述同轴馈线从所述天线壳的下端引出，所述馈电线路板10正反两面的印刷电路11、12分别引出一射频座子(未图示)，两个所述同轴馈线与两个所述射频座子一一对应连接。外置天线离电路板10有一段距离，可以尽量避免结构对天线性能产生影响。
本实施例的2.4GHZ外置天线采用J形微带结构，所述5.8GHZ外置天线采用共面波导并馈的偶极子天线阵结构。因为2.4GHz和5.8GHz天线的相对带宽不一样，5.8GHz天线工作频段是5.1GHz-5.9GHz，频带较宽，因此2.4GHz天线采用J形天线结构，5.8GHz天线采用共面波导并馈的偶极子天线阵。针对WIFI通信系统，这两根外置天线分别实现各自频段水平方向360度空间覆盖。
如图2所示，2.4GHz外置天线100结构采用J形结构印刷微带101，J形结构的印刷微带具有结构简单，制作容易、体积小巧、造价低、效率较高的优点，但缺点是带宽窄，馈电点不好焊接射频线，因此，本实施例将所述2.4GHZ外置天线100的总长度设置为3/4波长，其中，自上而下的1/4波长为匹配段，其余为辐射段。这种匹配方式，是对付1/2波长高阻天线最简易有效的匹配方法。J形的天线馈电点102的位置理论值是在天线的1/8波长处，而天线受环境的影响较大，天线的制作尺寸不同，所处的环境不同时，馈电点102的位置也会不同。
从匹配段的开口处向下看，开口处是高阻，很适合与1/2波长的天线匹配，逐渐向下，阻抗也逐渐变低，到短路的地方阻抗为零，这是一个渐变的过程，总会有一个地方的纯阻是50Ω，经测试，这就是最佳匹配点，也是效率最好的地方。因此，本实施例的馈电点102设置在该位置附近。通过优化和调整馈电点102的位置，最终在2.45GHz时可使驻波小于1.2。
2.4GHZ外置天线100的工作频率为2.4GHz～2.5GHz时，中心频点为2.45GHz，水平方向增益值达到3.5dBi，其E面方向采用垂直极化(如图3所示)。
参照图4所示，本实施例的5.8GHZ外置天线200的所述偶极子设置有两臂201和两个相同的阵元202，所述两个阵元202排列于一直线上。
优选地，本实施例选取d＝32.5mm作为两个阵元202之间的间距值。
上述偶极子采用常见的印刷偶极子，偶极子两臂201印刷在介质板的同一面，偶极子两臂201较宽，实现天线单元覆盖5.1-5.9GHz频段，然后2个相同的阵元202排列于一条直线上组成并馈均匀直线阵。采用共面波导对2个的天线阵元202进行馈电，馈电点203在2个的天线阵元202的间距中心处向下偏移中心频率的90度电长度(即1/4波长)的位置附近，从而实现并联馈电线在中心频率对2个阵元202实现的是反相180度馈电，由于共面波导馈电，2个阵元202中有一个偶极子单元两臂是错位180度的，刚好加起来360度，达到天线阵元馈电相位相同，电流振幅基本相等，实现高增益方向图覆盖。
5.8GHZ外置天线200的工作频率为5.1GHz～5.9GHz时，中心频点为5.5GHz，水平方向增益值达到3.5dBi，其E面方向也采用垂直极化(如图5所示)。
上述5.8GHz外置天线200的馈电线路板上的印刷线路采用的是带状线或微带线，易加工。
本实施例中，上述馈电线路板的介质板采用低损耗绝缘介质材料，包括但不限于聚四氟乙烯板，罗杰斯或FR-4绝缘板等材料。
为使产品更加一体化，本实施例将双频高增益智能网关天线制成共形天线，即，使天线和智能网关的塑料外壳共形，实现垂直极化水平方向360度全覆盖，并将天线壳设置成扁状，且其长宽高尺寸限定为93mm*12mm*0.6mm，天线与上述塑料外壳共形后，可降低生产成本。
综上所述，本发明通过将馈电线路板设置为正反两面印刷电路，使两条外置天线分别通过一同轴馈线与所述馈电线路板的正面和反面的印刷电路连接，同时，所述2.4GHZ外置天线采用J形微带结构，所述5.8GHZ外置天线采用共面波导并馈的偶极子天线阵结构，使天线具有容易加工、低剖面小型化、全向性能好、高增益等优点。本发明不仅克服了一般天线增益低、不易小型化双频工作的缺陷、而且简化外置天线数目四根变为两根，节约了天线物料成本，更加适合广泛推广使用。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，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 (10)
1.一种双频高增益智能网关天线，所述天线包括两条外置天线和分别连接所述两条外置天线的馈电线路板，其中一条为2.4GHZ外置天线，另一条为5.8GHZ外置天线，其特征在于：所述馈电线路板为正反两面印刷电路，所述两条外置天线分别通过一同轴馈线与所述馈电线路板的正面和反面的印刷电路连接；所述2.4GHZ外置天线采用J形微带结构，所述5.8GHZ外置天线采用共面波导并馈的偶极子天线阵结构。
2.如权利要求1所述的双频高增益智能网关天线，其特征在于：两条所述外置天线均具有天线壳，所述同轴馈线从所述天线壳的下端引出，所述馈电线路板正反两面的印刷电路分别引出一射频座子，两个所述同轴馈线与两个所述射频座子一一对应连接。
3.如权利要求1所述的双频高增益智能网关天线，其特征在于：所述馈电线路板的介质板采用聚四氟乙烯板，罗杰斯或FR-4绝缘板制成。
4.如权利要求1所述的双频高增益智能网关天线，其特征在于：所述2.4GHZ外置天线的总长度为3/4波长，其中，自上而下的1/4波长为匹配段，其余为辐射段。
5.如权利要求4所述的双频高增益智能网关天线，其特征在于：所述2.4GHZ外置天线的馈电点位于所述J形微带的阻抗为50Ω的位置。
6.如权利要求1所述的双频高增益智能网关天线，其特征在于：所述5.8GHZ外置天线的所述偶极子设置有两臂和两个相同的阵元，所述两个阵元排列于一直线上。
7.如权利要求6所述的双频高增益智能网关天线，其特征在于：所述两个阵元之间的间距为d＝32.5mm。
8.如权利要求6或7所述的双频高增益智能网关天线，其特征在于：所述5.8GHZ外置天线的馈电点位于所述两个阵元的距离中心向下偏移1/4波长的位置附近。
9.如权利要求8所述的双频高增益智能网关天线，其特征在于：所述5.8GHz外置天线馈电线路板上的印刷线路为带状线或微带线。
10.如权利要求2所述的双频高增益智能网关天线，其特征在于：所述天线壳呈扁状，其长宽高尺寸为93mm*12mm*0.6mm。
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| Title |
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| A Dual-Band Printed Dipole Antenna For IMT-2000 and 5-GHz WLAN Applications;Hatem Rmili et al.;《2006 European Conference on Wireless Technology》;全文 * |
| 一种应用于WLAN/WiMAX的双频天线;常舒等;《应用科技》;第38卷(第6期);全文 * |
| 无线通信系统中的多频宽带天线研究;冯波涛;《中国博士学位论文全文数据库》(第3期);全文 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN110148835A (zh) | 2019-08-20 |
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