CN111082214A - 一种uhf定向天线 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种UHF定向天线,所述UHF定向天线包括:反射单元,所述反射单元具有反射介质板、设置在所述反射介质板的反射层;辐射单元,所述辐射单元具有辐射介质板、设置在所述辐射介质板的辐射层、接地层和馈电层,所述辐射层和所述接地层位于所述辐射介质板的同一表面,所述馈电层位于所述辐射介质板的另一表面、并电连接所述接地层;引向器单元,所述引向器单元具有引向器介质板、设置在所述引向器介质板的引向层;和介质连接器,所述介质连接器连接所述反射单元、所述辐射单元和所述引向器单元,并且所述反射单元、所述辐射单元和所述引向器单元以预定间距在第一方向上依次排列。该UHF定向天线的尺寸小,增益高。
Description
技术领域
本发明涉及无线通信技术,特别涉及一种UHF定向天线。
背景技术
UHF(Ultra High Frequency)指的是特高频无线电波,频率在300~3000MHz、波长在1m~1dm范围内。该频段的无线电波又成为分米波,该频段的电波可以用小而短的天线作收发,适合移动通信。
随着无线通信技术的发展,对天线的小型化以及增益的要求越来越高。现有技术中的UHF天线通常采用微带结构,图1示出了现有技术中采用微带结构的一种UHF天线的结构,UHF天线包括介质板1′、同轴馈电连接器2′、第一阵子臂3′和第二阵子臂4′,同轴馈电连接器2′的内导体穿过介质板1′结构与第二阵子臂4′的起始端焊接,在每个阵子臂的末端采用螺旋绕线的结构。虽然这种结构的UHF天线的满足小型化的要求,但是,该结构的UHF天线为全向天线,增益低、传输距离近。
对于本领域技术人员而言,如何针对UHF天线的结构进行优化设计,既能够满足小型化设计要求,又能够在覆盖频段范围内提高UHF天线的增益是亟待解决的问题之一。
发明内容
本发明提供一种UHF定向天线,该UHF定向天线的尺寸小,有效满足了小型化的设计要求,并且,大大提高了增益,提升了UHF定向天线的性能。
本发明的一个实施例提供了一种UHF定向天线,所述UHF定向天线包括:
反射单元,所述反射单元具有反射介质板、设置在所述反射介质板的反射层;
辐射单元,所述辐射单元具有辐射介质板、设置在所述辐射介质板的辐射层、接地层和馈电层,所述辐射层和所述接地层位于所述辐射介质板的同一表面,所述馈电层位于所述辐射介质板的另一表面、并电连接所述接地层;
引向器单元,所述引向器单元具有引向器介质板、设置在所述引向器介质板的引向层;和
介质连接器,所述介质连接器连接所述反射单元、所述辐射单元和所述引向器单元,并且所述反射单元、所述辐射单元和所述引向器单元以预定间距在第一方向上依次排列。
可选地,所述反射层包括由平滑弧线段围成的反射金属圆环。
可选地,所述反射层包括由往复弯折线段围成的反射金属封闭环。
可选地,所述反射金属封闭环包括多段第一弧线段、多段第二弧线段和多段直线段,所述第一弧线段、所述直线段、所述第二弧线段和直线段为一组并交替连接形成所述反射金属封闭环。
可选地,所述辐射层包括辐射金属圆环,所述接地层包括呈圆形设置的金属圆面,所述金属圆面设置在所述辐射金属圆环内。
可选地,所述馈电层包括弧形耦合枝节、信号接地端、以及连接所述弧形耦合枝节和所述信号接地端的馈电枝节,所述弧形耦合枝节与所述辐射金属圆环耦合,所述信号接地端与所述金属圆面电连接。
可选地,所述辐射金属圆环、所述金属圆面和所述弧形耦合枝节同心,并且所述弧形耦合枝节位于所述辐射金属圆环的内侧。
可选地,所述辐射介质板在所述金属圆面的圆心处开设金属化通孔、以电连接所述信号接地端和所述金属圆面。
可选地,所述引向层包括由平滑弧线段围成的引向金属圆环。
可选地,所述UHF定向天线包括多个所述引向器单元,多个所述引向器单元在所述第一方向上等间距依次排列。
由上述分析可知,本发明提供的一种UHF定向天线包括反射单元、辐射单元、引向器单元和介质连接器,反射单元具有反射介质板和设置在该反射介质板的反射层。而辐射单元具有辐射介质板、设置在辐射介质板的辐射层、接地层和馈电层。辐射层和接地层位于辐射介质板的同一表面,馈电层位于辐射介质板的另一表面、并电连接接地层。引向器单元具有引向器介质板、设置在该引向器介质板的引向层。介质连接器连接反射单元、辐射单元和引向器单元,并且反射单元、辐射单元和引向器单元以预定间距在第一方向上依次排列。通过上述设置,该UHF定向天线呈八木天线状设置,并且,该UHF定向天线的反射单元、辐射单元、引向器单元规避采用现有技术中金属棒的结构,而是通过在介质板上承载反射层、辐射层、接地层、馈电层以及引向层。与现有技术中的UHF天线相比,在相同的覆盖频段下,采用此种结构时实现了定向天线,传输距离远,有效提高了增益;并且,该UHF定向天线的结构不同于传统的八木天线,在相同的覆盖频段下,该UHF定向天线通过将反射层、辐射层、接地层、馈电层以及引向层设置在介质板上,从而可以根据具体的需要而设置反射层、辐射层、接地层、馈电层以及引向层的位置、占用的空间,能够规避金属棒状设置占用较大的空间,该结构的UHF定向天线的尺寸大大缩小、并提升了增益。
附图说明
图1为现有技术中一种UHF天线结构示意图;
图2为本发明具体实施例中UHF定向天线的结构示意图;
图3为图2中示出的UHF定向天线的侧视图;
图4和图5分别为图2中示出的反射单元的上下两表面的示意图;
图6和图7分别为图2中示出的辐射单元的上下两表面的示意图;
图8和图9分别为图2中示出的引向器单元的上下表面的示意图;
图10为本发明具体实施例中UHF定向天线的回波损耗曲线;
图11为本发明具体实施例中UHF定向天线的增益方向图;
图12为本发明具体实施例中UHF定向天线的增益随频率变化的曲线图。
附图标记:
图1中:
1′介质板;
2′同轴馈电连接器;
3′第一阵子臂;
4′第二阵子臂;
图2至图9中:
10 UHF定向天线;
11 反射单元;
111 反射介质板;
112 反射层;
1121 反射金属封闭环;
1121a 第一段弧线段;
1121b 第二弧线段;
1121c 直线段;
12 辐射单元;
121 辐射介质板;
122 辐射层;
123 接地层;
124 馈电层;
124a 弧形耦合枝节;
124b 信号接地端;
124c 馈电枝节;
125 金属化通孔;
13 引向器单元;
131 引向器介质板;
132 引向层;
14 介质连接器;
1k 介质通孔;
1F 第一方向。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下参照附图并举实施例,对本发明进一步详细说明。
为了详细说明本发明提供的UHF定向天线的结构及特性。下面以具有六个引向器单元、覆盖频段在850MHz~970MHz的UHF定向天线的结构及电性能为例,对本发明的UHF定向天线的结构及回波损耗、增益的特性进行详细说明。
请结合附图2至图8所示,其中,图2为本发明具体实施例中UHF定向天线的结构示意图;图3为图2中示出的UHF定向天线的侧视图;图4和图5分别为图2中示出的反射单元的上下两表面的示意图;图6和图7分别为图2中示出的辐射单元的上下两表面的示意图;图8和图9分别为图2中示出的引向器单元的上下表面的示意图。
在一种具体实施例中,如图2和图3所示,本发明提供的一种UHF定向天线10包括反射单元11、辐射单元12、引向器单元13和介质连接器14。
反射单元11具有反射介质板111和设置在该反射介质板111的反射层112。而辐射单元12具有辐射介质板121、设置在辐射介质板121的辐射层122、接地层123和馈电层124。辐射层122和接地层123位于辐射介质板121的同一表面,馈电层124位于辐射介质板121的另一表面、并电连接接地层123。引向器单元13具有引向器介质板131、设置在该引向器介质板131的引向层132。介质连接器连接反射单元11、辐射单元12和引向器单元13,并且反射单元11、辐射单元12和引向器单元13以预定间距在第一方向1F上依次排列。
在本发明中的具体方案中,第一方向1F为图2中箭头指示的方向,采用“第一”对排列方向进行标识,仅是为了清楚表述技术方案,并不对本申请要求保护的技术方案构成限制。
通过上述设置,该UHF定向天线10呈八木天线状设置,并且,该UHF定向天线10的反射单元11、辐射单元12、引向器单元13规避采用现有技术中金属棒的结构,而是通过在介质板上承载反射层112、辐射层122、接地层123、馈电层124以及引向层132。与现有技术中的UHF天线相比,在相同的覆盖频段下,例如在具体实施例中的850MHz~970MHz范围内,采用此种结构时实现了定向天线,传输距离远,有效提高了增益;并且,该UHF定向天线10的结构不同于传统的八木天线,在相同的覆盖频段下,该UHF定向天线10通过将反射层112、辐射层122、接地层123、馈电层124以及引向层132设置在介质板上,从而可以根据具体的需要而设置反射层112、辐射层122、接地层123、馈电层124以及引向层132的位置、占用的空间,能够规避金属棒状设置占用较大的空间,该结构的UHF定向天线10的尺寸大大缩小、并提升了增益。
采用上述结构的UHF定向天线10时,反射单元11、辐射单元12和引向器单元13之间的预定间距可设置为四分之一的天线工作波长。
根据UHF定向天线10最优的结构尺寸、回波损耗及增益的要求调整反射单元11、辐射单元12和引向器单元13之间的间距。在具体实施例中,如图2和图3所示,反射单元11和辐射单元12之间的距离设置在30mm~40mm范围,辐射单元12和相邻的引向器单元13、各个相邻引向器单元13之间的距离设置在28mm~32mm范围。
在实际中,调整各个相邻单元之间内的间距可以对该UHF定向天线10的回波损耗和增益方向进行微调。
在具体实施例中,反射介质板111、辐射介质板121和引向器介质板131均为具有一定厚度的圆形板,采用该形状的介质板能够在充分提升增益下,最大程度地减小UHF定向天线10的尺寸。
当然,介质板的形状还可以采用其他的形状,例如长方形、正方形或者椭圆形等。
在本发明的具体实施例中,圆形的反射介质板111、辐射介质板121和引向器介质板131的厚度设置在0.9mm~1.1mm,并且三者的直径相同。
反射单元11的反射层112包括由平滑弧线段围成的反射金属圆环,反射金属圆环通过蚀刻方式成型在反射介质板111上。采用反射金属圆环作为反射层112,能够避免现有技术中采用整块金属板导致的天线尺寸大的问题。
与现有技术相比,反射单元11和辐射单元12之间的距离可进一步由四分之一的天线工作波长降低到十分之一的天线工作波长,从而缩小该UHF定向天线10的尺寸。
反射层112还可以采用另一种结构形式,如图4所示,反射层112包括由往复弯折线段围成的反射金属封闭环1121。
具体实施例中,反射金属封闭环1121包括多段第一弧线段1121a、多段第二弧线段1121b和多段直线段1121c。第一弧线段1121a、直线段1121c、第二弧线段1121b和直线段1121c为一组交替连接形成反射金属封闭环1121。也就是说,第一弧线段1121a的一端通过直线段1121c连接第二弧线段1121b的一端、第二弧线段1121b的另一端连接另一直线段1121c,从而形成一个交替连接组,该组中的另一直线段1121c再与另一组中的第一弧线段1121a的另一端连接,进而使得各组首尾连接、并围成封闭的环状,可参见图4所示。
通过上述对反射金属封闭环1121的设置,对反射金属圆环弯折处理能够进一步减小反射层112的尺寸,从而有效降低UHF定向天线10的整体尺寸。
具体地,第一弧线段1121a对应的半径设置在25mm~27mm范围,第二弧线段1121b对应的半径设置在22mm~23mm范围。
其中,第一弧线段1121a、直线段1121c和第二弧线段1121b的尺寸可根据具体的尺寸而设定。
当然,该反射层112并不仅限于上述形式的反射金属封闭环1121,还可通过折弯形成其他形状的反射金属封闭环1121,例如波浪形。
如图5所示,反射单元11的反射介质板111的另一表面为光面,并且,在该反射介质板111上开设供介质连接器14贯穿的介质通孔1k。
在本发明的具体实施例中,介质连接器14采用介质螺柱,以贯穿连接反射介质板111、辐射介质板121和引向器介质板131。
如图6和图7所示,对辐射单元12进一步优化设计。
该辐射单元12的辐射层122包括辐射金属圆环,在具体实施例中,该辐射金属圆环的半径设置在54mm~56mm范围,辐射金属圆环的环宽设置在4.5mm~5.5mm范围。通过调整辐射金属圆环的尺寸大小,能够调整天线的工作频段。
接地层123包括呈圆形设置的金属圆面,该金属圆面设置在辐射金属圆环内,并且,金属圆面与辐射金属圆环同心设置。通过调整金属圆面的尺寸能够微调该UHF定向天线10的阻抗匹配。
馈电层124包括弧形耦合枝节124a、信号接地端124b以及馈电枝节124c,馈电枝节124c连接弧形耦合枝节124a和信号接地端124b,并且,馈电枝节124c与同轴线的中心馈电端焊接、信号接地端124b与同轴线的接地端焊接,从而通过同轴线进行电信号传递。
同时,信号接地端124b与金属圆面电连接,即该信号接地端124b与辐射层122的接地层123电连接。
结合图6和图7所示,弧形耦合枝节124a与辐射金属圆环同心设置,弧形耦合枝节124a在辐射介质板121的辐射层122所在表面的投影位于辐射金属圆环的内侧,并且两者不交叠。弧形耦合枝节124a与辐射金属圆环耦合馈电。
如此设置,通过调整弧形耦合枝节124a的大小以及馈电枝节124c的宽度能够调节该UHF定向天线10的阻抗匹配,从而使得信号输入点为50欧姆标准匹配。
如图6和图7所示,辐射介质板121在金属圆面的圆心处开设金属化通孔125,并且,信号接地端124b设置在辐射介质板121的另一表面的中心处、与该金属化通孔125位置对应,从而使得信号接地端124b和金属圆面电连接。
同样地,该辐射介质板121开设与反射介质板111上的介质通孔1k对应的介质通孔1k,并且,各个引向器介质板131也开设对应的介质通孔1k,从而以便于介质螺柱连接反射单元11、辐射单元12和各个引向器单元13。
通过上述对辐射单元12的设置,该辐射单元12通过辐射层122的辐射金属圆环与馈电层124的弧线耦合枝节形成弧形微带耦合馈电,便于实现阻抗匹配。
在具体实施例中,优选设置三个介质螺柱,从而稳定可靠地连接反射单元11、辐射单元12和引向器单元13。
结合图8和图9所示,引向器单元13的引向层132包括有平滑弧线段围成的引向金属圆环。并且,进一步结合图2所示,该UHF定向天线10包括多个引向器单元13,多个引向器单元13在第一方向1F上等间距依次排列,从而使得该UHF定向天线10的辐射能量更加集中,有效提高该UHF定向天线10的增益。
在具体实施例中,引向金属环的半径设置在39mm~41mm范围,环宽设置在2.5mm~3.5mm范围。并且,在具体方案中的六个引向器单元13之间的距离设置在27mm~33mm范围。各个引向器单元13之间的距离可根据实际进行调整,使UHF定向天线10的增益最大。
在具体实施例中,该UHF定向天线10优选设置六个引向器单元13,从而最优化该UHF定向天线10的尺寸和增益。
下面结合附图10至图12对具体实施例中UHF定向天线10的回波损耗以及增益进行分析。其中,图10为本发明具体实施例中UHF定向天线10的回波损耗曲线;图11为本发明具体实施例中UHF定向天线10的增益方向图;图12为本发明具体实施例中UHF定向天线10的增益随频率变化的曲线图。
如图10所示,该UHF定向天线10的回波损耗曲线中,该UHF定向天线10工作带宽为850MHz~970MHz范围时,回波损耗在-10dB以下。
如图11所示,图中的实线为phi=0°增益曲线,虚线为phi=90°增益曲线,该UHF定向天线10的最大增益达到9.71dBi。
图12示出了该UHF定向天线10的增益随频率变化的曲线图。
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,所做的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明保护的范围之内。
Claims (10)
1.一种UHF定向天线,其特征在于,所述UHF定向天线(10)包括:
反射单元(11),所述反射单元(11)具有反射介质板(111)、设置在所述反射介质板(111)的反射层(112);
辐射单元(12),所述辐射单元(12)具有辐射介质板(121)、设置在所述辐射介质板(121)的辐射层(122)、接地层(123)和馈电层(124),所述辐射层(122)和所述接地层(123)位于所述辐射介质板(121)的同一表面,所述馈电层(124)位于所述辐射介质板(121)的另一表面、并电连接所述接地层(123);
引向器单元(13),所述引向器单元(13)具有引向器介质板(131)、设置在所述引向器介质板(131)的引向层(132);和
介质连接器(14),所述介质连接器(14)连接所述反射单元(11)、所述辐射单元(12)和所述引向器单元(13),并且所述反射单元(11)、所述辐射单元(12)和所述引向器单元(13)以预定间距在第一方向(1F)上依次排列。
2.根据权利要求1所述的UHF定向天线,其特征在于,所述反射层(112)包括由平滑弧线段围成的反射金属圆环。
3.根据权利要求1所述的UHF定向天线,其特征在于,所述反射层(112)包括由往复弯折线段围成的反射金属封闭环(1121)。
4.根据权利要求3所述的UHF定向天线,其特征在于,所述反射金属封闭环(1121)包括多段第一弧线段(1121a)、多段第二弧线段(1121b)和多段直线段(1121c),所述第一弧线段(1121a)、所述直线段(1121c)、所述第二弧线段(1121b)和所述直线段(1121c)为一组并依次交替连接形成所述反射金属封闭环(1121)。
5.根据权利要求1-4任一项所述的UHF定向天线,其特征在于,所述辐射层(122)包括辐射金属圆环,所述接地层(123)包括呈圆形设置的金属圆面,所述金属圆面嵌套在所述辐射金属圆环内。
6.根据权利要求5所述的UHF定向天线,其特征在于,所述馈电层(124)包括弧形耦合枝节(124a)、信号接地端(124b)、以及连接所述弧形耦合枝节(124a)和所述信号接地端(124b)的馈电枝节(124c),所述弧形耦合枝节(124a)与所述辐射金属圆环耦合,所述信号接地端(124b)与所述金属圆面电连接。
7.根据权利要求6所述的UHF定向天线,其特征在于,所述辐射金属圆环、所述金属圆面和所述弧形耦合枝节(124a)同心,并且所述弧形耦合枝节(124a)在所述辐射介质板(121)的所述辐射层(122)所在表面的投影位于所述辐射金属圆环的内侧。
8.根据权利要求6所述的UHF定向天线,其特征在于,所述辐射介质板(121)在所述金属圆面的圆心处开设金属化通孔(125)、以电连接所述信号接地端(124b)和所述金属圆面。
9.根据权利要求1所述的UHF定向天线,其特征在于,所述引向层(132)包括由平滑弧线段围成的引向金属圆环。
10.根据权利要求1所述的UHF定向天线,其特征在于,所述UHF定向天线(10)包括多个所述引向器单元(13),多个所述引向器单元(13)在所述第一方向(1F)上等间距依次排列。
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- 2018-10-22 CN CN201811227233.XA patent/CN111082214B/zh active Active
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