CN112803136A - 一种方位角可调节的平面5g低频及毫米波双频段天线 - Google Patents

一种方位角可调节的平面5g低频及毫米波双频段天线 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种方位角可调节的平面5G低频及毫米波双频段天线，包括：固定框架、固定架、旋转轴；所述固定框架的后侧设置有第一弓板，且固定框架与第一弓板通过固定板相连接；所述固定板设置在固定框架的后侧，且固定板与固定框架通过螺栓固定方式相连接；所述固定架设置在第一弓板的后侧，且固定架与第一弓板通过焊接方式相连接；所述旋转轴设置在固定架的内部，且旋转轴与固定架通过轴承方式相连接；所述第二弓板设置在旋转轴的后侧，且第二弓板与旋转轴通过轴承相连接。通过在结构上的改进，具有调节方便、覆盖全面以及高增益的优点，从而有效地解决了现有技术中的问题和不足。

Description

一种方位角可调节的平面5G低频及毫米波双频段天线
技术领域
本发明涉及双频段天线技术领域，更具体的说，尤其涉及一种方位角可调节的平面5G低频及毫米波双频段天线。
背景技术
平板天线在日常生活中经常见到，是一种仅在一个特定方向传播的天线，也被叫做“贴片天线”，由于其具有体积小、重量轻、风阻小、方便使用的良好特性，因此得到了广泛的应用。
但是目前常见的平板天线还存在调节功能不完善，在平板天线的安装过程中，无法便捷地对其方位角和仰角进行调节，同时，其覆盖频段较为狭窄，还存在信号覆盖不足的问题。
有鉴于此，针对现有的问题予以研究改良，提供一种方位角可调节的平面5G低频及毫米波双频段天线，旨在通过该技术，达到解决问题与提高实用价值性的目的。
发明内容
本发明的目的在于提供一种方位角可调节的平面5G低频及毫米波双频段天线，以解决上述背景技术中提出的目前常见的平板天线还存在调节功能不完善，在平板天线的安装过程中，无法便捷地对其方位角和仰角进行调节，同时，其覆盖频段较为狭窄，还存在信号覆盖不足的问题和不足。
为实现上述目的，本发明提供了一种方位角可调节的平面5G低频及毫米波双频段天线，由以下具体技术手段所达成：
一种方位角可调节的平面5G低频及毫米波双频段天线，包括：固定框架、第一弓板、固定板、固定架、旋转轴、第二弓板、固定块、调节杆、套筒、内杆、固定旋钮、连接板、限位槽、限位块、压缩弹簧、封板、半抱箍、螺杆、天线本体、铜接地板、第一介质板、第一辐射单元、第二介质板、第二辐射单元；所述固定框架的后侧设置有第一弓板，且固定框架与第一弓板通过固定板相连接；所述固定板设置在固定框架的后侧，且固定板与固定框架通过螺栓固定方式相连接；所述固定架设置在第一弓板的后侧，且固定架与第一弓板通过焊接方式相连接；所述旋转轴设置在固定架的内部，且旋转轴与固定架通过轴承方式相连接；所述第二弓板设置在旋转轴的后侧，且第二弓板与旋转轴通过轴承相连接；所述固定块设置在第二弓板的后侧，且固定块与第二弓板通过螺栓固定方式相连接；所述调节杆分别设置在固定架和固定块之间的上方和右方，且调节杆分别与固定架和固定块之间铰接；所述内杆的前端设置在套筒的内部，且内杆与套筒通过间隙配合的方式滑动连接；所述固定旋钮设置在套筒的外侧，且固定旋钮与套筒之间拧接；所述连接板分别设置在套筒的前端和内杆的后端，且连接板分别与套筒和内杆通过焊接方式相连接；所述限位槽位于固定块的后侧，且限位槽与固定块为一体式结构；所述限位块设置在限位槽的内部，且限位块与限位槽通过间隙配合的方式滑动连接；所述压缩弹簧呈矩形排列的方式在限位槽和限位块的中间设置有四处，且压缩弹簧与限位槽和限位块之间卡接；所述设置在封板设置在限位槽的后侧，且封板与限位槽通过螺栓固定方式相连接；所述半抱箍分别设置在固定块后侧的上下两方，且半抱箍与固定块之间铰接；所述螺杆分别设置在固定块后侧右部的上下两方，且螺杆与固定块通过焊接方式相连接；所述天线本体设置在固定框架内的后侧，且天线本体与固定框架通过螺栓固定方式相连接；所述铜接地板位于天线本体的中间，且铜接地板与天线本体为一体式结构；所述第一介质板设置在铜接地板的上侧，且第一介质板与铜接地板通过印制方式相连接；所述第一辐射单元设置在第一介质板的上侧，且第一辐射单元与第一介质板通过印制方式相连接；所述第二介质板设置在铜接地板的下侧，且第二介质板与铜接地板通过印制方式相连接；所述第二辐射单元设置在第二介质板的下侧，且第二辐射单元与第二介质板通过印制方式相连接。
作为本技术方案的进一步优化，本发明一种方位角可调节的平面5G低频及毫米波双频段天线所述固定板为俯视呈几字形的板状结构，且固定板呈上下对称排列的方式设置有两处，并且固定板与第一弓板之间卡接。
作为本技术方案的进一步优化，本发明一种方位角可调节的平面5G低频及毫米波双频段天线所述旋转轴为十字形的圆杆状结构，且旋转轴的上下两端与固定架相连接，左右两端与第二弓板相连接。
作为本技术方案的进一步优化，本发明一种方位角可调节的平面5G低频及毫米波双频段天线所述调节杆由套筒、内杆、固定旋钮和连接板组成，套筒的外侧设有一处螺纹孔。
作为本技术方案的进一步优化，本发明一种方位角可调节的平面5G低频及毫米波双频段天线所述限位槽为长方形的槽状结构，且限位槽的后方设有一处长方形的沉槽。
作为本技术方案的进一步优化，本发明一种方位角可调节的平面5G低频及毫米波双频段天线所述限位块的前方为长方形的板状结构，后方为后侧设有一处弧形凹槽的长方形块状结构。
作为本技术方案的进一步优化，本发明一种方位角可调节的平面5G低频及毫米波双频段天线所述半抱箍为俯视呈Ω形的板状结构，且半抱箍的右侧设有一处U形的槽孔，并且半抱箍与螺杆通过间隙配合的方式滑动连接。
作为本技术方案的进一步优化，本发明一种方位角可调节的平面5G低频及毫米波双频段天线所述第一介质板和第二介质板均为长方形的板状结构。
作为本技术方案的进一步优化，本发明一种方位角可调节的平面5G低频及毫米波双频段天线所述第一辐射单元为2.4GHz高增益辐射单元，第二辐射单元为60GHz毫米波辐射阵列
由于上述技术方案的运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：
1、本发明一种方位角可调节的平面5G低频及毫米波双频段天线，通过在固定框架和固定块之间设置固定架、旋转轴、第一弓板和第二弓板组成的调节机构，可以在装置安装完毕时利用调节调节杆的方式对装置的方位角和仰角进行调节，通过在限位槽的内部设置限位块和压缩弹簧，利用其与半抱箍的配合，可以对支撑构件进行相反方向的挤压，以提升装置的连接紧固度，从而使该装置起到调节方便的作用。
2、本发明一种方位角可调节的平面5G低频及毫米波双频段天线，通过在铜接地板的上下两侧分别设置2.4GHz与毫米波60GHz频段的辐射单元，可以使装置同时支持低频wifi与毫米波wifi(wigig)的工作模式，从而使该装置起到覆盖全面的作用。
2、本发明一种方位角可调节的平面5G低频及毫米波双频段天线，通过在机构上的调整，使得wifi天线具有8dBi高增益，Wigig天线有8.5dBi高增益，从而使该装置起到高增益的作用。
3、本发明通过对上述装置在结构上的改进，具有调节方便、覆盖全面以及高增益的优点，从而有效的解决了现有技术中的问题和不足。
附图说明
下面结合附图对本发明技术方案作进一步说明：
附图1为本发明的右后侧结构示意图；
附图2为本发明固定架后侧结构示意图；
附图3为本发明固定架前侧结构示意图；
附图4为本发明固定块后侧结构示意图；
附图5为本发明调节杆结构示意图；
附图6为本发明的前侧内部结构示意图；
附图7为本发明天线本体侧视结构示意图；
附图8为本发明第一辐射单元的正面辐射结构图；
附图9为本发明第二辐射单元的正面辐射结构图；
附图10为本发明2.4GHz Wifi天线的回波损耗性能图；
附图11为本发明2400MHz E平面方向方向图；
附图12为本发明2400MHz H平面方向方向图；
附图13为本发明2450MHz E平面方向方向图；
附图14为本发明2450MHz H平面方向方向图；
附图15为本发明2500MHz E平面方向方向图；
附图16为本发明2500MHz H平面方向方向图；
附图17为本发明2.4GHz Wifi天线的增益频率曲线图；
附图18为本发明毫米波60GHz WiGig阵列天线的S11反射系统曲线图；
附图19为本发明毫米波60GHzWiGig阵列天线在59GHz频点方向图；
附图20为本发明毫米波60GHzWiGig阵列天线在60GHz频点方向图；
附图21为本发明毫米波60GHzWiGig阵列天线在62GHz频点方向图；
附图22为本发明60GHz WiGig天线的增益频率曲线图；
附图23为本发明60GHz毫米波阵列的天线辐射效率图。
其中：1、固定框架；2、第一弓板；3、固定板；4、固定架；5、旋转轴；6、第二弓板；7、固定块；8、调节杆；801、套筒；802、内杆；803、固定旋钮；804、连接板；9、限位槽；10、限位块；11、压缩弹簧；12、封板；13、半抱箍；14、螺杆、15天线本体、1501铜接地板、1502第一介质板、1503第一辐射单元、1504第二介质板、1505第二辐射单元。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
如附图1-6所示，本发明提供一种方位角可调节的平面5G低频及毫米波双频段天线的具体技术实施方案：
一种方位角可调节的平面5G低频及毫米波双频段天线，包括：固定框架1、第一弓板2、固定板3、固定架4、旋转轴5、第二弓板6、固定块7、调节杆8、套筒801、内杆802、固定旋钮803、连接板804、限位槽9、限位块10、压缩弹簧11、封板12、半抱箍13、螺杆14、天线本体15、铜接地板1501、第一介质板1502、第一辐射单元1503、第二介质板1504、第二辐射单元1505；固定框架1的后侧设置有第一弓板2，且固定框架1与第一弓板2通过固定板3相连接；固定板3设置在固定框架1的后侧，且固定板3与固定框架1通过螺栓固定方式相连接；固定架4设置在第一弓板2的后侧，且固定架4与第一弓板2通过焊接方式相连接；旋转轴5设置在固定架4的内部，且旋转轴5与固定架4通过轴承方式相连接；第二弓板6设置在旋转轴5的后侧，且第二弓板6与旋转轴5通过轴承相连接；固定块7设置在第二弓板6的后侧，且固定块7与第二弓板6通过螺栓固定方式相连接；调节杆8分别设置在固定架4和固定块7之间的上方和右方，且调节杆8分别与固定架4和固定块7之间铰接；内杆802的前端设置在套筒801的内部，且内杆802与套筒801通过间隙配合的方式滑动连接；固定旋钮803设置在套筒801的外侧，且固定旋钮803与套筒801之间拧接；连接板804分别设置在套筒801的前端和内杆802的后端，且连接板804分别与套筒801和内杆802通过焊接方式相连接；限位槽9位于固定块7的后侧，且限位槽9与固定块7为一体式结构；限位块10设置在限位槽9的内部，且限位块10与限位槽9通过间隙配合的方式滑动连接；压缩弹簧11呈矩形排列的方式在限位槽9和限位块10的中间设置有四处，且压缩弹簧11与限位槽9和限位块10之间卡接；设置在封板12设置在限位槽9的后侧，且封板12与限位槽9通过螺栓固定方式相连接；半抱箍13分别设置在固定块7后侧的上下两方，且半抱箍13与固定块7之间铰接；螺杆14分别设置在固定块7后侧右部的上下两方，且螺杆14与固定块7通过焊接方式相连接；天线本体15设置在固定框架1内的后侧，且天线本体15与固定框架1通过螺栓固定方式相连接；铜接地板1501位于天线本体15的中间，且铜接地板1501与天线本体15为一体式结构；第一介质板1502设置在铜接地板1501的上侧，且第一介质板1502与铜接地板1501通过印制方式相连接；第一辐射单元1503设置在第一介质板1502的上侧，且第一辐射单元1503与第一介质板1502通过印制方式相连接；第二介质板1504设置在铜接地板1501的下侧，且第二介质板1504与铜接地板1501通过印制方式相连接；第二辐射单元1505设置在第二介质板1504的下侧，且第二辐射单元1505与第二介质板1504通过印制方式相连接。
具体的，固定板3为俯视呈几字形的板状结构，且固定板3呈上下对称排列的方式设置有两处，并且固定板3与第一弓板2之间卡接。
具体的，旋转轴5为十字形的圆杆状结构，且旋转轴5的上下两端与固定架4相连接，左右两端与第二弓板6相连接。
具体的，调节杆8由套筒801、内杆802、固定旋钮803和连接板804组成，套筒801的外侧设有一处螺纹孔。
具体的，限位槽9为长方形的槽状结构，且限位槽9的后方设有一处长方形的沉槽。
具体的，限位块10的前方为长方形的板状结构，后方为后侧设有一处弧形凹槽的长方形块状结构。
具体的，半抱箍13为俯视呈Ω形的板状结构，且半抱箍13的右侧设有一处U形的槽孔，并且半抱箍13与螺杆14通过间隙配合的方式滑动连接，限位块10的后侧和半抱箍13的前侧均为齿形结构。
具体的，第一介质板1502和第二介质板1504均为长方形的板状结构，如图7所示，第一介质板1502和第二介质板1504的尺寸为82mm*65mm，且第一介质板1502的厚度为0.8mm，介质常数为2.2，第二介质板1504的厚度为0.1mm，介质常数为3.38。
具体的，第一辐射单元1503为2.4GHz高增益辐射单元，第二辐射单元1505为60GHz毫米波辐射阵列，如图8所示，第一辐射单元1503由圆环形辐射结构以及微带馈线构成，且圆环的内外径分别为3.2毫米与30毫米，天线馈电的微带线的长度为20毫米，宽度为1.5毫米，如图9所示，第二辐射单元1505由4个串馈的圆形辐射结构构成，且圆形辐射结构的直径为1.65毫米，彼此间距为2.78毫米，连接辐射结构单元微带线的长度为2.75mm，宽度为0.2毫米，下方微带线的长度3mm，宽度为0.2mm。
从图10中可以看出，双天线系统的2.4GHz Wifi天线的S11曲线在2.4GHz有一个明显的谐振点，并且在此谐振点，S11数值低于-22dB，因此，Wifi天线能在2.4Ghz较好辐射能量。
从图11-16中可以看出，装置在2400MHz，2450MHz，2500MHz具有较好的定向辐射性能，主波瓣的方向指向都在0°角附近，在2450MHz频点时，其E面和H面的3dB波瓣宽度分别为73°和69°，在2450MHz频点时，其E面和H面3dB波瓣波动为69.4°和70.3°，在2500MHz频点时，其E面和H面的3dB波瓣宽度分别为66.9°和71.4°。
从图17中可以看出，装置在2.5GHz达到最高增益8.0dBi，然后在wifi工作频率的边界2.3Ghz与2.6GHz的增益分别为6.8dBi与7.5dBi，因此wifi天线在整个工作频段都维持较高的增益性能。
从图18中可以看出，装置在60.8GHz达到明显的谐振点，在此频率点，S11数值到达-24.5dB，并且-10dB区间为59.5GHz到61.8GHz，由此可以看出，装置在60GHz频点，馈入此阵列天线的能量能高效的辐射进入自由空间。
从图19-21中可以看出，装置在59GHz，60GHz，62GHz三个频段展现出了较高的增益性能，增益数值在8.5dBi左右，并且阵列天线保持了较好的方向角度覆盖，装置在H面展示出了接近120度的3dB半功率角度。
从图22中可以看出，装置展现出了较好的增益特性，并且在57.5GHz到63.5GHz都维持在增益7dbi以上，此增益性能不但大大高于一般终端天线的2dbi性能，并且能较好的克服在毫米波段电磁波波长短，信号覆盖距离短的缺点。
从图23中可以看出，装置辐射效率维持在45％-50％区间，展现出了较好的辐射效率特性，并且随频率波动较小。
具体实施步骤：
首先利用半抱箍13和螺杆14的配合，将装置固定在支撑杆的上方，然后利用拧动固定旋钮803并同时拖动套筒801和内杆802的方式分别对两处调节杆8进行调节，以改变装置本体1的方位角和仰角，待调节完毕后，拧紧固定旋钮803，将天线本体15与外部的装置相连接即可，使用期间，通过压缩弹簧11对限位块10的推动，与半抱箍13相配合，可以加强装置的固定牢固度，从而使装置具有调节方便作用，大大提高其实用价值。
综上所述：该一种方位角可调节的平面5G低频及毫米波双频段天线，通过在固定框架和固定块之间设置固定架、旋转轴、第一弓板和第二弓板组成的调节机构，可以在装置安装完毕时利用调节调节杆的方式对装置的方位角和仰角进行调节，通过在限位槽的内部设置限位块和压缩弹簧，利用其与半抱箍的配合，可以对支撑构件进行相反方向的挤压，以提升装置的连接紧固度，从而使该装置起到调节方便的作用；通过在铜接地板的上下两侧分别设置2.4GHz与毫米波60GHz频段的辐射单元，可以使装置同时支持低频wifi与毫米波wifi(wigig)的工作模式，从而使该装置起到覆盖全面的作用；通过在机构上的调整，使得wifi天线具有8dBi高增益，Wigig天线有8.5dBi高增益，从而使该装置起到高增益的作用。
以上仅是本发明的具体应用范例，对本发明的保护范围不构成任何限制。凡采用等同变换或者等效替换而形成的技术方案，均落在本发明权利保护范围之内。

Claims (9)

1.一种方位角可调节的平面5G低频及毫米波双频段天线，包括：固定框架(1)、第一弓板(2)、固定板(3)、固定架(4)、旋转轴(5)、第二弓板(6)、固定块(7)、调节杆(8)、套筒(801)、内杆(802)、固定旋钮(803)、连接板(804)、限位槽(9)、限位块(10)、压缩弹簧(11)、封板(12)、半抱箍(13)、螺杆(14)、天线本体(15)、铜接地板(1501)、第一介质板(1502)、第一辐射单元(1503)、第二介质板(1504)、第二辐射单元(1505)；其特征在于：所述固定框架(1)的后侧设置有第一弓板(2)，且固定框架(1)与第一弓板(2)通过固定板(3)相连接；所述固定板(3)设置在固定框架(1)的后侧，且固定板(3)与固定框架(1)通过螺栓固定方式相连接；所述固定架(4)设置在第一弓板(2)的后侧，且固定架(4)与第一弓板(2)通过焊接方式相连接；所述旋转轴(5)设置在固定架(4)的内部，且旋转轴(5)与固定架(4)通过轴承方式相连接；所述第二弓板(6)设置在旋转轴(5)的后侧，且第二弓板(6)与旋转轴(5)通过轴承相连接；所述固定块(7)设置在第二弓板(6)的后侧，且固定块(7)与第二弓板(6)通过螺栓固定方式相连接；所述调节杆(8)分别设置在固定架(4)和固定块(7)之间的上方和右方，且调节杆(8)分别与固定架(4)和固定块(7)之间铰接；所述内杆(802)的前端设置在套筒(801)的内部，且内杆(802)与套筒(801)通过间隙配合的方式滑动连接；所述固定旋钮(803)设置在套筒(801)的外侧，且固定旋钮(803)与套筒(801)之间拧接；所述连接板(804)分别设置在套筒(801)的前端和内杆(802)的后端，且连接板(804)分别与套筒(801)和内杆(802)通过焊接方式相连接；所述限位槽(9)位于固定块(7)的后侧，且限位槽(9)与固定块(7)为一体式结构；所述限位块(10)设置在限位槽(9)的内部，且限位块(10)与限位槽(9)通过间隙配合的方式滑动连接；所述压缩弹簧(11)呈矩形排列的方式在限位槽(9)和限位块(10)的中间设置有四处，且压缩弹簧(11)与限位槽(9)和限位块(10)之间卡接；所述设置在封板(12)设置在限位槽(9)的后侧，且封板(12)与限位槽(9)通过螺栓固定方式相连接；所述半抱箍(13)分别设置在固定块(7)后侧的上下两方，且半抱箍(13)与固定块(7)之间铰接；所述螺杆(14)分别设置在固定块(7)后侧右部的上下两方，且螺杆(14)与固定块(7)通过焊接方式相连接；所述天线本体(15)设置在固定框架(1)内的后侧，且天线本体(15)与固定框架(1)通过螺栓固定方式相连接；所述铜接地板(1501)位于天线本体(15)的中间，且铜接地板(1501)与天线本体(15)为一体式结构；所述第一介质板(1502)设置在铜接地板(1501)的上侧，且第一介质板(1502)与铜接地板(1501)通过印制方式相连接；所述第一辐射单元(1503)设置在第一介质板(1502)的上侧，且第一辐射单元(1503)与第一介质板(1502)通过印制方式相连接；所述第二介质板(1504)设置在铜接地板(1501)的下侧，且第二介质板(1504)与铜接地板(1501)通过印制方式相连接；所述第二辐射单元(1505)设置在第二介质板(1504)的下侧，且第二辐射单元(1505)与第二介质板(1504)通过印制方式相连接。
2.根据权利要求1所述的一种方位角可调节的平面5G低频及毫米波双频段天线，其特征在于：所述固定板(3)为俯视呈几字形的板状结构，且固定板(3)呈上下对称排列的方式设置有两处，并且固定板(3)与第一弓板(2)之间卡接。
3.根据权利要求1所述的一种方位角可调节的平面5G低频及毫米波双频段天线，其特征在于：所述旋转轴(5)为十字形的圆杆状结构，且旋转轴(5)的上下两端与固定架(4)相连接，左右两端与第二弓板(6)相连接。
4.根据权利要求1所述的一种方位角可调节的平面5G低频及毫米波双频段天线，其特征在于：所述调节杆(8)由套筒(801)、内杆(802)、固定旋钮(803)和连接板(804)组成，套筒(801)的外侧设有一处螺纹孔。
5.根据权利要求1所述的一种方位角可调节的平面5G低频及毫米波双频段天线，其特征在于：所述限位槽(9)为长方形的槽状结构，且限位槽(9)的后方设有一处长方形的沉槽。
6.根据权利要求1所述的一种方位角可调节的平面5G低频及毫米波双频段天线，其特征在于：所述限位块(10)的前方为长方形的板状结构，后方为后侧设有一处弧形凹槽的长方形块状结构。
7.根据权利要求1所述的一种方位角可调节的平面5G低频及毫米波双频段天线，其特征在于：所述半抱箍(13)为俯视呈Ω形的板状结构，且半抱箍(13)的右侧设有一处U形的槽孔，并且半抱箍(13)与螺杆(14)通过间隙配合的方式滑动连接，限位块(10)的后侧和半抱箍(13)的前侧均为齿形结构。
8.根据权利要求1所述的一种方位角可调节的平面5G低频及毫米波双频段天线，其特征在于：所述第一介质板(1502)和第二介质板(1504)均为长方形的板状结构。
9.根据权利要求1所述的一种方位角可调节的平面5G低频及毫米波双频段天线，其特征在于：所述第一辐射单元(1503)为2.4GHz高增益辐射单元，第二辐射单元(1505)为60GHz毫米波辐射阵列。
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