CN113594681A - 一种双频定向天线及其实现方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种双频定向天线及其实现方法，所述天线为定向天线，在天线的主辐射方向上依次设有主反射面、单频反射面和主辐射体；所述主辐射体工作时，其电磁波的中心频率包括频率f1和频率f2且f1<f2，所述频率f2的电磁波在单频反射面处反射；所述频率f1的电磁波在单频反射面处透射，在主反射面处反射；本发明能实现双频定向天线最大辐射方向一致，保证双频定向天线的辐射效果最优。
Description
技术领域
本发明涉及天线技术领域，尤其是一种双频定向天线及其实现方法。
背景技术
随着无线通信技术的发展，各类形式不同的天线被广泛使用于多种需求不同的通信设备中。尽管天线种类繁多，但基于天线的辐射方向图形态，目前，业界将天线分为定向天线和全向天线两种，全向天线将主要的能量向四周辐射，但主要集中于某一平面，目的是使天线的周围均存在较好的信号覆盖，而定向天线则是将主要的能量辐射集中在一个方向，使此方向的信号覆盖最优。而不管是全向还是定向天线，当遇到多频信号需求的时候，均需要设计对应的多频天线来满足需求，对于全向天线，在条件允许的情况下，是可以设计出多个频段的辐射方向图均比理想的多频全向天线，而多频定向天线则会存在这样那样的问题。
对于双频定向天线，当两个频段的间隔较远时候，以目前市场上广泛使用的双频wifi天线为例，其目前较为常见的设计方法主要有三种，一种是设计双频的微带定向天线；第二种是采用立体的双频偶极子天线，加上金属的反射面，将全向辐射转换为定向辐射；第三种是采用双工器，将本来的两个单频定向天线合路来实现双频定向的应用；这之中，前两种都是从天线的角度入手，实现双频定向的覆盖，第三种是从方案级实现双频天线系统。
上述的第一种方法直接采用微带形式设计双频定向天线，缺点是对于方向性的控制较差，往往存在两个频段的最大辐射方向不同的情况，对于有桥接需求的设备，这种缺陷往往难以接受。第二种方案采用立体的双频偶极子加反射板，这种设计由于双频偶极子高频辐射部分相对于反射板要高于低频辐射部分，所以，低频辐射部分会对高频辐射的方向图产生影响，调试较为困难；第三种采用两个单频天线的组合来实现双频辐射，这种由于加入了双工器，会增加一定的损耗和系统的复杂性。
发明内容
本发明提出一种双频定向天线及其实现方法，能实现双频定向天线最大辐射方向一致，保证双频定向天线的辐射效果最优。
本发明采用以下技术方案。
一种双频定向天线，所述天线为定向天线，在天线的主辐射方向上依次设有主反射面（4）、单频反射面（2）和主辐射体（1）；所述主辐射体工作时，其电磁波的中心频率包括频率f1和频率f2且f1<f2，所述频率f2的电磁波在单频反射面处反射；所述频率f1的电磁波在单频反射面处透射，在主反射面处反射。
所述主辐体工作时在频率f1和频率f2处产生全向辐射。
所述单频反射面、主反射面为相互平行的平面。
所述频率f1和频率f2对应的波长分别为λ1和λ2，主辐射体与单频反射面的距离为λ2/4，主辐射体与主反射面之间的距离为λ1/4。
所述主辐射体包括双频偶极子结构。
所述单频反射面处以多个金属环形成反射结构；多个金属环互不交叉且呈规则排布。
所述单频反射面的金属环为设于双层FR4覆铜板处的矩形铜环或圆形铜环；铜环的周长为单频反射面反射结构对应反射频点的介质波长。
所述单频反射面的双层FR4覆铜板下表面无铺铜，其上表面经蚀刻成型为多个铜环（3）；天线的载体为FR4介质基板；所述主反射面以轻质铝材形成反射结构。
所述主辐射体以若干支柱支撑于单频反射面上；所述单频反射面以若干支柱（5）支撑于主反射面上；所述支柱以非金属材质成型。
一种双频定向天线的实现方法，所述实现方法中，当天线工作时，主辐体工作时在频率f1和频率f2处产生全向辐射，频率f2在单频反射面处产生反射且反射的频率f2电磁波在天线的主辐射方向上出射；所述频率f1在单频反射面处透射并到达主反射面处被反射，反射的频率f1电磁波经单频反射面透射并在天线的主辐射方向上出射。
本发明提供了一种实现双频定向天线最大辐射方向一致的天线设计思路，能保证双频定向天线的辐射效果最优。
本发明可以应用于目前通信设备的内外置双频定向天线的设计，通过调节主反射面和单频反射面与天线主辐射体之间的垂直距离，理论上可以设计各种类型的双频定向天线，实现辐射方向图最优的目的。
相比于目前市场上仅有一个主反射面的方案，本发明主辐射体辐射的两个频段的能量均可以实现最优的定向效果。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步详细的说明：
附图1是本发明的示意图；
附图2是本发明的剖面示意图；
附图3是本发明主辐射体的参数示意图（S参数）；
附图4是本发明对应2.45GHz的辐射方向示意图；
附图5是本发明对应5.5GHz的辐射方向示意图；
图中：1-主辐射体；2-单频反射面；3-铜环；4-主反射面；5-支柱。
具体实施方式
如图所示，一种双频定向天线，所述天线为定向天线，在天线的主辐射方向上依次设有主反射面4、单频反射面2和主辐射体1；所述主辐射体工作时，其电磁波的中心频率包括频率f1和频率f2且f1<f2，所述频率f2的电磁波在单频反射面处反射；所述频率f1的电磁波在单频反射面处透射，在主反射面处反射。
所述主辐体工作时在频率f1和频率f2处产生全向辐射。
所述单频反射面、主反射面为相互平行的平面。
所述频率f1和频率f2对应的波长分别为λ1和λ2，主辐射体与单频反射面的距离为λ2/4，主辐射体与主反射面之间的距离为λ1/4。
所述主辐射体包括双频偶极子结构。
所述单频反射面处以多个金属环形成反射结构；多个金属环互不交叉且呈规则排布。
所述单频反射面的金属环为设于双层FR4覆铜板处的矩形铜环或圆形铜环；铜环的周长为单频反射面反射结构对应反射频点的介质波长。
所述单频反射面的双层FR4覆铜板下表面无铺铜，其上表面经蚀刻成型为多个铜环3；天线的载体为FR4介质基板；所述主反射面以轻质铝材形成反射结构。
所述主辐射体以若干支柱支撑于单频反射面上；所述单频反射面以若干支柱5支撑于主反射面上；所述支柱以非金属材质成型。
一种双频定向天线的实现方法，所述实现方法中，当天线工作时，主辐体工作时在频率f1和频率f2处产生全向辐射，频率f2在单频反射面处产生反射且反射的频率f2电磁波在天线的主辐射方向上出射；所述频率f1在单频反射面处透射并到达主反射面处被反射，反射的频率f1电磁波经单频反射面透射并在天线的主辐射方向上出射。
本例中，λ=c/f,其中c为光速，f为中心频率。
本例中，双频天线的主辐射体和单频反射面以及主反射面之间的间距为主要参数，固定方式可以不采用非金属支柱，可以是塑料支架等。
本例中的单频反射面，采用规则排列的金属环来实现，金属环可以是圆形方形矩形等任意规则形状，对应的周长约为对应频点的介质波长。
本发明采用不同反射面的高度对应不同的天线定向频段，可通过增加反射面来使天线的定向频段延伸到3频甚至4频等，但由于多定向频段设计中，低频能量需要穿透更多的反射面，存在一定的损耗，本例采用双频天线的设计。
Claims (10)
1.一种双频定向天线，其特征在于：所述天线为定向天线，在天线的主辐射方向上依次设有主反射面（4）、单频反射面（2）和主辐射体（1）；所述主辐射体工作时，其电磁波的中心频率包括频率f1和频率f2且f1<f2，所述频率f2的电磁波在单频反射面处反射；所述频率f1的电磁波在单频反射面处透射，在主反射面处反射。
2.根据权利要求1所述的一种双频定向天线，其特征在于：所述主辐体工作时在频率f1和频率f2处产生全向辐射。
3.根据权利要求1所述的一种双频定向天线，其特征在于：所述单频反射面、主反射面为相互平行的平面。
4.根据权利要求2所述的一种双频定向天线，其特征在于：所述频率f1和频率f2对应的波长分别为λ1和λ2，主辐射体与单频反射面的距离为λ2/4，主辐射体与主反射面之间的距离为λ1/4。
5.根据权利要求4所述的一种双频定向天线，其特征在于：所述主辐射体包括双频偶极子结构。
6.根据权利要求4所述的一种双频定向天线，其特征在于：所述单频反射面处以多个金属环形成反射结构；多个金属环互不交叉且呈规则排布。
7.根据权利要求6所述的一种双频定向天线，其特征在于：所述单频反射面的金属环为设于双层FR4覆铜板处的矩形铜环或圆形铜环；铜环的周长为单频反射面反射结构对应反射频点的介质波长。
8.根据权利要求7所述的一种双频定向天线，其特征在于：所述单频反射面的双层FR4覆铜板下表面无铺铜，其上表面经蚀刻成型为多个铜环（3）；天线的载体为FR4介质基板；所述主反射面以轻质铝材形成反射结构。
9.根据权利要求3所述的一种双频定向天线，其特征在于：所述主辐射体以若干支柱支撑于单频反射面上；所述单频反射面以若干支柱（5）支撑于主反射面上；所述支柱以非金属材质成型。
10.一种双频定向天线的实现方法，其特征在于：所述实现方法中，当天线工作时，主辐体工作时在频率f1和频率f2处产生全向辐射，频率f2在单频反射面处产生反射且反射的频率f2电磁波在天线的主辐射方向上出射；所述频率f1在单频反射面处透射并到达主反射面处被反射，反射的频率f1电磁波经单频反射面透射并在天线的主辐射方向上出射。
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