CN110265773A - 一种双频双水平极化全向天线 - Google Patents

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李强
付锐钢
徐春阳
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    • H01Q9/285—Planar dipole

Abstract

本发明提供了一种双频双水平极化全向天线，其特征在于，包括：介质板；第一偶极子天线和第二偶极子天线，分别贴附于所述介质板第一表面和第二表面；其中，所述第一偶极子天线和第二偶极子天线分别整体呈“卍”字形，所述第一偶极子天线和第二偶极子天线在所述介质板上的投影整体呈“田”字形。本发明中的天线将四对相同的双频偶极子天线放置于水平面，围成四边形，并通过等幅同相馈电使电流均匀分布在每对偶极子天线上，通过辐射远场的电场叠加，实现了天线在水平面上的水平极化和全向性；采用印刷偶极子结构，且天线整体或者四边可向下适当弯曲，适应某些曲面结构，从而实现共形的要求。

Description

一种双频双水平极化全向天线
技术领域
本发明涉及天线技术领域，具体地，涉及一种双频双水平极化全向天线。
背景技术
近年来，随着无线通信技术的高速发展，人们大量使用手机、平板等无线终端设备进行网上冲浪及高速的数据传输，如何保证数据无死角覆盖，如何实现数据高吞吐率成为很多网络设备的核心设计指标。
当前无线通信设备利用全向天线或智能扫描天线实现无死角覆盖，利用MIMO天线技术实现高吞吐率，但在空旷的环境下，如体育馆，火车站，多径反射比较弱，仅靠空间分集不能实现较高的吞吐率，因此需要引入极化分集，即用水平极化全向辐射天线和垂直极化全向辐射天线实现更好的MIMO＝效果和全向特性。
目前的全向天线，如偶极子天线，PIFA天线，多以垂直极化为主，而常见的几种水平极化全向天线，如Alford环天线，印刷偶极子阵列天线，波导缝隙阵列天线等不能同时满足双频、双水平极化、5G宽频和共形小型化的要求。因此，设计一款双频双水平极化全向小型共形宽频天线非常重要，该天线与垂直极化全向天线配合使用能实现较好的MIMO高吞吐量特性，并且实现全向无死角覆盖。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种双频双水平极化全向天线。
本发明提供一种双频双水平极化全向天线，包括：
介质板；
第一偶极子天线和第二偶极子天线，分别贴附于所述介质板第一表面和第二表面；
其中，所述第一偶极子天线和第二偶极子天线分别整体呈“卍”字形，所述第一偶极子天线和第二偶极子天线在所述介质板上的投影整体呈“田”字形。
可选地，所述偶极子天线包括：
自馈电点处向外延伸的四支传输线，形成整体呈“十”字形的馈电网络，所述传输线通过所述馈电点并联连接；
至少二支不同频率的天线臂，顺时针或逆时针地设置于各所述传输线末端，与单个所述传输线形成整体呈“F”形。
进一步地，所述天线臂包括：
用于传播2.4G信号的长枝节；
用于传播5G信号的短枝节，所述短枝节位于所述长枝节外侧。
进一步地，所述第一偶极子天线还包括：
寄生枝节，用于拓展天线带宽，
所述寄生枝节平行设置于各所述天线臂外侧，且与所述传输线分离。
进一步地，所述偶极子天线还包括：
匹配枝节，用于通过调节与所述天线臂的距离以实现阻抗变换，
所述匹配枝节与所述天线臂同向设置于所述传输线，且位于所述天线臂内侧。
进一步地，所述传输线为渐变式传输线。
进一步地，所述偶极子天线为印刷偶极子天线或化镀偶极子天线。
进一步地，所述介质板为曲面，所述偶极子天线为共形偶极子天线。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、本发明提供的双频双水平极化全向天线，将四对相同的双频偶极子天线放置于水平面，围成正四边形，并通过等幅同相馈电使电流均匀分布在每对偶极子天线上，通过辐射远场的电场叠加，实现了天线在水平面上的水平极化和全向性。
2、本发明提供的双频双水平极化全向天线，采用印刷偶极子结构，且天线整体或者四边可向下适当弯曲，适应某些曲面结构，从而实现共形的要求。
3、本发明提供的双频双水平极化全向天线，结构简单、剖面低，满足了天线的小型化需求，应用范围广泛。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明实施例提供的双频双水平极化全向天线的结构示意图一；
图2为本发明实施例提供的双频双水平极化全向天线的结构示意图二；
图3为本发明实施例提供的双频双水平极化全向天线的结构示意图三；
图4为本发明实施例提供的双频双水平极化全向天线的结构示意图四；
图5为本发明实施例提供的双频双水平极化全向天线的匹配枝节的示意图；
图中：
1-第一偶极子天线；
2-第二偶极子天线；
3-介质板；
4-馈电点；
5-传输线；
6-天线臂；
7-长枝节；
8-短枝节；
9-寄生枝节；
10-匹配枝节。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对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，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
图1为本发明实施例提供的双频双水平极化全向天线的结构示意图一，图2为本发明实施例提供的双频双水平极化全向天线的结构示意图二；图3为本发明实施例提供的双频双水平极化全向天线的结构示意图三；图4为本发明实施例提供的双频双水平极化全向天线的结构示意图四；图5为本发明实施例提供的双频双水平极化全向天线的匹配枝节的示意图；参见图1、图2、图3，图4本实施例中的双频双水平极化全向天线，包括：介质板；第一偶极子天线和第二偶极子天线，分别贴附于所述介质板第一表面和第二表面；其中，所述第一偶极子天线和第二偶极子天线分别整体呈“卍”字形，所述第一偶极子天线和第二偶极子天线在所述介质板上的投影整体呈“田”字形。
在本实施例中，作为辐射单元的偶极子天线反向地印制在介质板的上下表面，信号从天线中间馈入到偶极子天线的双臂上，形成由多个偶极子天线组成的偶极子天线阵列单元，偶极子天线将馈入的电导行波转换为自由空间传播的电磁波并形成辐射场，实现水平面上的全向特性和水平极化特性。
在一种可选的实施方式中，所述偶极子天线包括：自馈电点处向外延伸的四支传输线，形成整体呈“十”字形的馈电网络，所述传输线通过所述馈电点并联连接，至少二支不同频率的天线臂，顺时针或逆时针地设置于各所述传输线末端，与单个所述传输线形成整体呈“F”形。
在一种进一步的实施方式中，所述天线臂包括：用于传播2.4G信号的长枝节；用于传播5G信号的短枝节，所述短枝节位于所述长枝节外侧。
在本实施例中，更具体的，天线的工作频率覆盖了2.4G(2400MHz～2483MHz)和5GWIFI(5150MHz～5850MHz)的所有频率，频带内的回波损耗均在-10dB以下，符合现有的通信标准。并且，在2400MHz～2483MHz频段内，水平面的平均增益为1.5dBi，不圆度小于5dB，水平垂直极化比大于20dB；在5150MHz～5850MHz频段内，水平面的平均增益为0.5dBi，不圆度小于8.0dB，水平垂直极化比大于20dB。
在一种进一步的实施方式中，图1所示，所述第一偶极子天线还包括：寄生枝节，用于拓展天线带宽，所述寄生枝节平行设置于各所述天线臂外侧，且与所述传输线分离。
在本实施例中，为了实现5G WIFI的宽频带，在偶极子天线的外侧添加了寄生枝节，由于5G WIFI带宽较宽，且单个偶极子天线无法完全覆盖5G WIFI的整个频段，添加寄生枝节可使天线带宽得到极大的拓展，并且可一定程度上优化天线匹配。
在一种进一步的实施方式中，所述偶极子天线还包括：匹配枝节，用于通过调节与所述天线臂的距离以实现阻抗变换，所述匹配枝节与所述天线臂同向设置于所述传输线，且位于所述天线臂内侧。
在本实施例中，参见图5，该匹配枝节为单短截线。使用单个开路或者短路的传输线在距离负载某一确定的位置与传输线并联或者串联，起到阻抗变换器的作用。在单短截线调谐中，有两个可调参量：从负载到短截线所在位置的距离d和由并联或者串联短截线提供的电纳或电抗；对于并联短截线的情况，通过选择距离d，使其在距离负载d处向传输线方向的导纳Y为Y0+jB的形式，然后将此短截线的电纳选择为-jB，从而达到了匹配条件。该调谐电路由于不需要集总元件而便于实现。
在一种进一步的实施方式中，所述传输线为渐变式传输线。
采用了渐变式的馈电网络传输线，能够有效避免因传输线的不连续性导致天线性能降低，同时提高了天线、传输线及馈电端口之间匹配度。
在一种进一步的实施方式中，所述偶极子天线为印刷偶极子天线或化镀偶极子天线。
更具体的，采用印刷偶极子作为偶极子天线的辐射单元时
偶极子的半臂长为l，l为工作频率的四分之一波长，则半波偶极子天线的电流为：
半波偶极子天线远场方向图函数为：
半波偶极子方向性系数为：
采用分贝表示方向性系数：
DdB＝10lg(1.64)＝2.15dB
用平均矢量来表示偶极子天线的平均功率密度为：
把偶极子天线的辐射场代入上式得到：
半偶极子辐射功率为：
用电阻形式表示为：
则可计算出偶极子天线的辐射阻抗为Rr＝73.2Ω，
等效相对介电常数计算公式为：
其值介于空气的介电常数和介质板的介电常数之间，其中h为介质板的厚度。
在一种进一步的实施方式中，所述介质板为曲面，所述偶极子天线为共形偶极子天线。
在本实施例中，应用化镀工艺(LDS或LEP)或印刷工艺，将天线化镀或印制在介质板上，该介质板可以是PC或PCB板，但不限于这两种材料，本领域及技术人员可以根据产品实际需要在现有技术中选择介质板材料。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本发明的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (8)

1.一种双频双水平极化全向天线，其特征在于，包括：
介质板；
第一偶极子天线和第二偶极子天线，分别贴附于所述介质板第一表面和第二表面；
其中，所述第一偶极子天线和第二偶极子天线分别整体呈“卍”字形，所述第一偶极子天线和第二偶极子天线在所述介质板上的投影整体呈“田”字形。
2.根据权利要求1所述的双频双水平极化全向天线，其特征在于，所述偶极子天线包括：
自馈电点处向外延伸的四支传输线，形成整体呈“十”字形的馈电网络，所述传输线通过所述馈电点并联连接；
至少二支不同频率的天线臂，顺时针或逆时针地设置于各所述传输线末端，与单个所述传输线形成整体呈“F”形。
3.根据权利要求2所述的双频双水平极化全向天线，其特征在于，所述天线臂包括：
用于传播2.4G信号的长枝节；
用于传播5G信号的短枝节，所述短枝节位于所述长枝节外侧。
4.根据权利要求2所述的双频双水平极化全向天线，其特征在于，所述第一偶极子天线还包括：
寄生枝节，用于拓展天线带宽，
所述寄生枝节平行设置于各所述天线臂外侧，且与所述传输线分离。
5.根据权利要求2所述的双频双水平极化全向天线，其特征在于，所述偶极子天线还包括：
匹配枝节，用于通过调节与所述天线臂的距离以实现阻抗变换，
所述匹配枝节与所述天线臂同向设置于所述传输线，且位于所述天线臂内侧。
6.根据权利要求2所述的双频双水平极化全向天线，其特征在于，所述传输线为渐变式传输线。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的双频双水平极化全向天线，其特征在于，所述偶极子天线为印刷偶极子天线或化镀偶极子天线。
8.根据权利要求1至6中任一项所述的双频双水平极化全向天线，其特征在于，所述介质板为曲面，所述偶极子天线为共形偶极子天线。
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