CN112350070A - 一种超宽带天线 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种超宽带天线，包括外壳、以及安装在所述外壳内的天线主体，所述天线主体包括接地板、辐射单元、螺旋阻抗变换线、同轴线，所述辐射单元为多个，所述同轴线设有外导体和屏蔽层内导体，相邻的两个所述辐射单元之间通过所述螺旋阻抗变换线相连，所述外导体与所述接地板连接，所述屏蔽层内导体与所述辐射单元连接。本发明的有益效果是：本发明的超宽带天线在2GHz‑7GHz频段实现了很好的阻抗特性，并且天线的整个辐射场强都增强了，从而实现了天线的高增益特性。

Description

一种超宽带天线
技术领域
本发明涉及天线技术领域，尤其涉及一种超宽带天线。
背景技术
目前的UWB天线的阻抗性不是很好，而且天线的增益和效率都无法满足用户的需求，急需解决。
发明内容
本发明提供了一种超宽带天线，包括外壳、以及安装在所述外壳内的天线主体，所述天线主体包括接地板、辐射单元、螺旋阻抗变换线、同轴线，所述辐射单元为多个，所述同轴线设有外导体和屏蔽层内导体，相邻的两个所述辐射单元之间通过所述螺旋阻抗变换线相连，所述外导体与所述接地板连接，所述屏蔽层内导体与所述辐射单元连接。
作为本发明的进一步改进，所述辐射单元为四个，四个所述辐射单元分别为第一辐射单元、第二辐射单元、第三辐射单元、第四辐射单元，所述螺旋阻抗变换线为三个，三个所述螺旋阻抗变换线分别为第一螺旋阻抗变换线、第二螺旋阻抗变换线、第三螺旋阻抗变换线，所述第一辐射单元与所述第二辐射单元之间通过所述第一螺旋阻抗变换线相连，所述第二辐射单元与所述第三辐射单元之间通过所述第二螺旋阻抗变换线相连，所述第三辐射单元与所述第四辐射单元之间通过所述第三螺旋阻抗变换线相连，所述屏蔽层内导体与所述第一辐射单元连接。
作为本发明的进一步改进，所述同轴线为50欧姆同轴线。
作为本发明的进一步改进，所述接地板由铜片制成。
作为本发明的进一步改进，所述辐射单元由铜片制成。
作为本发明的进一步改进，所述螺旋阻抗变换线为琴钢镀金螺旋线。
作为本发明的进一步改进，所述外壳为ABS胶壳。
作为本发明的进一步改进，所述螺旋阻抗变换线为1/2波长螺旋式阻抗变换线。
本发明的有益效果是：本发明的超宽带天线在2GHz-7GHz频段实现了很好的阻抗特性，并且天线的整个辐射场强都增强了，从而实现了天线的高增益特性。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是天线驻波比SWR图；
图3为天线回波损耗图；
图4是XY方向2D增益方向图，4.5GHz；
图5是XZ方向2D增益方向图，4.5GHz；
图6是YZ方向2D增益方向图，4.5GHz。
具体实施方式
如图1所示，本发明公开了一种超宽带天线，包括外壳9、以及安装在所述外壳9内的天线主体，所述天线主体包括接地板1、辐射单元、螺旋阻抗变换线、同轴线12，所述辐射单元为多个，所述同轴线12设有外导体11和屏蔽层内导体10，相邻的两个所述辐射单元之间通过所述螺旋阻抗变换线相连，所述外导体11与所述接地板1连接，所述屏蔽层内导体10与所述辐射单元连接。
所述辐射单元为四个，四个所述辐射单元分别为第一辐射单元2、第二辐射单元3、第三辐射单元4、第四辐射单元5，所述螺旋阻抗变换线为三个，三个所述螺旋阻抗变换线分别为第一螺旋阻抗变换线6、第二螺旋阻抗变换线7、第三螺旋阻抗变换线8，所述第一辐射单元2与所述第二辐射单元3之间通过所述第一螺旋阻抗变换线6相连，所述第二辐射单元3与所述第三辐射单元4之间通过所述第二螺旋阻抗变换线7相连，所述第三辐射单元4与所述第四辐射单元5之间通过所述第三螺旋阻抗变换线8相连，所述屏蔽层内导体10与所述第一辐射单元2连接。
本发明超宽带天线更准确的说是一种四单元共面波导串馈UWB天线，UWB是UltraWide Band的英文缩写，其中文含义是超宽带。超宽带是一种无线载波通信技术领域，UWB技术具有发射信号功率谱密度低，截获能力低，定位精度高等优点，因此可适用于室内等密集多径场所的精确定位。
本发明的超宽带天线采用50欧姆同轴线共面波导馈电方式，四个辐射单元之间串联1/2波长螺旋式阻抗变换线，从而实现超宽带高增益UWB波段天线。其中辐射单元和接地板1采用金属铜片，螺旋阻抗变换线为琴钢镀金螺旋线，超宽带天线在2GHz-7GHz频段实现了很好的阻抗特性。
1/2波长螺旋式阻抗变换线的含义是：等效长度为1/2工作波长，两个辐射单元之间接近50欧姆阻抗的一段螺旋线。
外壳9为ABS胶壳，天线主体装配在ABS胶壳内，ABS胶壳采用超声波工艺固定。ABS胶壳作用是固定天线，保证可量产。
本发明的设计原理：接地板1与(2GHz-7GHz频率下)1/4波长第一辐射单元2形成共面波导馈电形式，实现超宽带2GHz-7GHz(UWB)频段覆盖，由于一个辐射单元天线增益较小，因此要实现高增益，天线采用了四单元串联馈电提升天线增益，第一辐射单元2与第二辐射单元3连接由于天线波长超过二分之一波长时，天线电流方向会反向，从而会抵消第一辐射单元2的正向电流，导致增益衰减，辐射特性下降，因此在第一辐射单元2与第二辐射单元3之间串联一段二分之一波长螺旋阻抗变换线，能够逆制电流反向，实现正向电流流向第二辐射单元3，同理第三辐射单元4和第四辐射单元5之间也是串联一段二分之一波长螺旋阻抗变换线实现正向电流，由于四个辐射单元在整个方向上都为正向电流，因此天线的整个辐射场强都增强了，从而实现了天线的高增益特性。
本发明的超宽带天线在微波暗室实测的数据，如图2-6所示。
测试频率 实际增益(dbi) 天线效率(％)
2400MHz 3.38 61.20
2600MHz 5.57 86.59
2800MHz 5.50 73.93
3000MHz 5.56 72.27
3200MHz 5.14 72.93
3400MHz 5.81 76.94
3800MHz 6.90 81.89
4200MHz 5.46 79.09
4600MHz 7.13 86.43
4800MHz 6.33 76.70
5000MHz 6.41 83.42
5200MHz 4.54 67.34
5600MHz 5.34 72.23
5800MHz 5.61 69.08
6000MHz 5.14 66.76
表1微波暗室实测天线的增益与效率
依据上述具体实施内容在网络分析仪与微波暗室实测数据如下：图2为天线驻波比，图3为天线回波损耗，频段2.4GHz-6.5GHz下驻波比SWR小于2，回波损耗小于-10db，从得出的结果表明本发明天线实现了很好的UWB超宽带特性。图4、图5、图6分别为XY、XZ、YZ方向2D辐射方向图，具有较好的方向性特性，表1为天线的实际增益和效率，从表1数据上分析，在频段2GHz-7GHz内，天线实现了最大增益7dBi，效率80％性能。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种超宽带天线，其特征在于：包括外壳(9)、以及安装在所述外壳(9)内的天线主体，所述天线主体包括接地板(1)、辐射单元、螺旋阻抗变换线、同轴线(12)，所述辐射单元为多个，所述同轴线(12)设有外导体(11)和屏蔽层内导体(10)，相邻的两个所述辐射单元之间通过所述螺旋阻抗变换线相连，所述外导体(11)与所述接地板(1)连接，所述屏蔽层内导体(10)与所述辐射单元连接。
2.根据权利要求1所述的超宽带天线，其特征在于：所述辐射单元为四个，四个所述辐射单元分别为第一辐射单元(2)、第二辐射单元(3)、第三辐射单元(4)、第四辐射单元(5)，所述螺旋阻抗变换线为三个，三个所述螺旋阻抗变换线分别为第一螺旋阻抗变换线(6)、第二螺旋阻抗变换线(7)、第三螺旋阻抗变换线(8)，所述第一辐射单元(2)与所述第二辐射单元(3)之间通过所述第一螺旋阻抗变换线(6)相连，所述第二辐射单元(3)与所述第三辐射单元(4)之间通过所述第二螺旋阻抗变换线(7)相连，所述第三辐射单元(4)与所述第四辐射单元(5)之间通过所述第三螺旋阻抗变换线(8)相连，所述屏蔽层内导体(10)与所述第一辐射单元(2)连接。
3.根据权利要求1所述的超宽带天线，其特征在于：所述同轴线(12)为50欧姆同轴线。
4.根据权利要求1所述的超宽带天线，其特征在于：所述接地板(1)由铜片制成。
5.根据权利要求1所述的超宽带天线，其特征在于：所述辐射单元由铜片制成。
6.根据权利要求1所述的超宽带天线，其特征在于：所述螺旋阻抗变换线为琴钢镀金螺旋线。
7.根据权利要求1所述的超宽带天线，其特征在于：所述外壳(9)为ABS胶壳。
8.根据权利要求1所述的超宽带天线，其特征在于：所述螺旋阻抗变换线为1/2波长螺旋式阻抗变换线。
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