CN116315654A - 一种应用于室内覆盖的5g高增益宽带天线 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种应用于室内覆盖的5G宽带高增益天线，属于无线通信领域。其由单层介质板、反射器、有源振子和引向器组成；介质板上下左三面皆设有金属层，反射器为U型结构，沿介质基板左边沿设置于基板上下左三面；有源振子与引向器皆位于介质板上面，其中有源振子位于反射器和引向器之间，振子两臂都加载了相同的矩形枝节且振子中心为U型馈电结构，四个大小不等的引向器贴片等间距分布于振子贴片右侧。本发明改善了传统八木天线频带较窄的阻抗匹配问题，拓展了工作频带，实现了天线的宽频带特性；并结合PCB制作技术在维持八木天线高增益的基础上，进一步减小了天线的尺寸，降低了天线剖面高度。
Description
技术领域
本发明涉及一种低剖面、宽频带、高增益的天线设计方法，具体涉及一种应用于室内覆盖的5G高增益宽带天线，属于无线通信领域，可以应用在5G通信的室内覆盖场景。
背景技术
室内覆盖是5G网络建设重要内容，对于一些室内通信场景，比如电梯、地下室等，均属于信号覆盖盲区，虽然业务量不高，超高速业务应用较少，但数量较大，对覆盖及切换需求较高。因此为适应市场功能需求，从工程技术、经济效益等多角度考虑,结构简单、低成本、小型化、高增益、宽频带的室内天线已成为研究热点。但是，目前室内覆盖所使用的天线仍然存在以下问题：1、带宽窄，为了做到全频段通信，需要不同频段天线协同工作，会增加天线系统的体积和成本；2、增益低，为了获得较高的增益，需要对天线组阵，而多频段阵列会大大增加结构与设计的复杂度。
发明内容
针对上述现有天线设计中存在的不足，本发明的目的在于提供一种应用于室内覆盖的5G高增益宽带天线，其结构简单、低剖面、宽频带、高增益的天线。与传统天线设计不同，本发明在于合理结合八木天线高增益特性和微带PCB板的轻质、低成本特性，不仅保持了天线高增益的性能且有效地简化了天线的结构、降低了剖面与成本；并且采用U型馈电结构以及枝节加载技术，改善了天线工作频带内的匹配特性，拓展了天线的工作带宽；通过设置U型反射器，使得带内辐射特性进一步改善。
为了达到上述发明目的，解决其技术问题所采用的技术方案如下：
一种应用于室内覆盖的5G高增益宽带天线，5G高增益宽带天线包括单层介质基板、反射器、有源振子和引向器；所述单层介质基板上下左三面皆设有金属层；所述反射器为U型结构，紧贴介质板左面从而设置于介质板的上下左三面；所述有源振子位于反射器和引向器之间，振子两臂都分别加载了相同的矩形枝节且两振子臂之间为U型馈电结构；所述矩形枝节分别与振子两臂内侧边沿对齐；所述U型馈电结构由两臂之间的空隙围成，一振子臂中间为凸起的矩形枝节，另一振子臂中间为凹进去的矩形缝隙，从而构成U型馈电结构；所述四个引向器等间距分布于振子右侧，最靠近振子的引向器与振子距离小于引向器之间的距离，且四个引向器大小不一，尺寸皆略小于振子总臂长。
进一步地，所述反射器U型结构中间部分与介质板左面紧密贴合，为直接在介质板左面加金属层，高度与介质板厚度相同，设置于介质板上下面的U型结构另外两部分是完全相同的。
进一步地，所述有源振子总长为32.2mm，宽度为0.4mm，两臂之间以及加载的两枝节之间所留空隙为0.3mm,两臂加载馈线处空隙为1.4mm。
进一步地，所述U型馈电结构由两臂之间的空隙围成，馈线内导体接其中一振子臂凸起的矩形枝节，枝节尺寸为3mm*1.4mm，馈线外导体接另外一振子臂，该振子臂凹进去的矩形缝隙结构为3.7mm*2mm。
进一步地，所述一对矩形枝节一端分别与振子两臂内侧边沿对齐，另一端为垂直于振子两臂放置的自由端，其尺寸为：5mm*1mm。
进一步地，所述单层介质基板采用Rogers 5880高频板材，相对介电常数为2.2，损耗角正切为0.0009，尺寸为68mm*52mm，厚度为3.5mm。
进一步地，所述四个引向器等间距分布于振子右侧，间距大小为：12mm，最靠近振子的引向器与振子距离设置：2.5mm，且四个引向器大小不一，根据到振子距离由近到远，四个引向器尺寸分别为24.5mm*1.8mm、23.5mm*1.8mm、23.5mm*1.8mm、22.5mm*1.8mm。通过优化，天线峰值增益达到10.6dBi。
进一步地，所述5G高增益宽带天线在回波损耗＜-10dB时，工作频段为3.2GHz-4.3GHz，其相对工作带宽为29.3％，可覆盖N48(3550MHz-3700MHz)、N77(3300MHz-4200MHz)以及N78(3300MHz-3800MHz)这三个5G频段；带宽内增益大于8.4dBi。
有益效果：
1、本发明采用U型馈电结构以及枝节加载技术，改善了天线工作频帯内的匹配特性，有效地拓展了天线的工作带宽。
2、本发明基于U型反射器结构与四个大小不一等间距分布的引向器有效地提高了工作频带内所述天线的峰值增益，同时保证了天线的最大辐射方向不会偏离端射方向。
3、本发明采用印刷电路板技术与八木天线相结合，不仅保持了天线高性能，并且有效地降低了成本，减小了天线尺寸，易于加工和天线组阵。
4、本发明与现有技术相比，结构简单，体积小，并且可实现宽频段的无线通信，适用于室内覆盖的5G网络建设。
附图说明
图1为本发明天线单元的顶层俯视图。
图2为本发明天线侧视图。
图3为本发明天线底层仰视图。
图4为本发明天线端口有源S参数。
图5为本发明天线在工作带宽内的增益曲线。
标识说明：1-单层介质基板；101-介质基板上表面；102-介质基板左侧面；103-介质基板下表面；201-接馈线内导体的有源振子一臂；202-接馈线外导体的有源振子一臂；3-U型反射器；401-第一引向器；402-第二引向器；403-第三引向器；404-第四引向器；501-第一矩形枝节；502-第二矩形枝节；6-U型馈电结构。
具体实施方式
附图仅用于进一步说明本发明申请实施例，为的是让本发明的技术方案及优点更加清晰，并不能理解为对本专利的限制；为了更直观描述本实施例，附图局部会增加线条区分不同区域，并不代表实际实物的设计。
如图1-图3所示，本发明涉及一种应用于室内覆盖的高增益宽带天线，包括：单层介质基板1、一对有源振子：接馈线内导体的有源振子一臂201和接馈线外导体的有源振子一臂202、U型反射器3以及四个引向器：第一引向器401、第二引向器402、第三引向器403、第四引向器404。单层介质基板1上下左三面皆设有金属层；U型反射器3为U型结构，紧贴基板左侧面设置于介质板的上下左三面；有源振子位于U型反射器3和第一引向器401之间，接馈线内导体的有源振子一臂201和接馈线外导体的有源振子一臂202都分别加载了相同的矩形枝节：第一矩形枝节501、第二矩形枝节502且振子中心为U型馈电结构6；第一矩形枝节501、第二矩形枝节502分别与振子两臂内侧边沿对齐；U型馈电结构6为接馈线内导体的有源振子一臂201和接馈线外导体的有源振子一臂202中间空隙所围结构；四个引向器：第一引向器401、第二引向器402、第三引向器403、第四引向器404之间等间距分布于振子右侧，其中第一引向器401与振子距离小于引向器之间的间距，且四个引向器大小不一，尺寸皆略小于振子振子总臂长。
在本发明的优选实施例中，介质基板采用Rogers5880高频板材，相对介电常数2.2，损耗角正切0.0009，厚度为3.5mm，尺寸为：68mm*52mm，即剖面高度仅为0.044λ0，整体尺寸为：0.85λ0*0.65λ0，λ0为工作频段的中心频率，有效降低了天线剖面与尺寸。
在本发明的优选实施例中，接馈线内导体的接馈线内导体的有源振子一臂201和接馈线外导体的有源振子一臂202总长为32.2mm，宽度为4mm，两臂之间以及加载的第一矩形枝节501、第二矩形枝节502之间所留空隙为0.3mm，在U型馈电结构6中加载馈线处空隙为1.4mm。通过调节第一矩形枝节501、第二矩形枝节502的尺寸与间距以及两振子臂在U型馈电结构6处的尺寸与间距，增加容性耦合，可以保证天线在一定的工作频带内有着较好的阻抗匹配特性。
在本发明的优选实施例中，U型反射器3设置于单层介质基板1的上下左三面，位于振子左边，通过调节U型反射器3与振子间距，可以进一步扩展天线带宽，同时反射器U型结构的设计可以在一定程度上优化辐射特性。
在本发明的优选实施例中，四个引向器贴片：第一引向器401、第二引向器402、第三引向器403、第四引向器404等间距分布于振子：接馈线内导体的有源振子一臂201和接馈线外导体的有源振子一臂202右边，间距大小为：12mm，第一引向器401同振子距离设置为：2.5mm。通过优化，在工作频段3200MHz-4300MHz内，天线增益均高于8.4dBi，峰值增益达到10.6dBi，且保证天线的最大辐射方向不会偏离端射方向。
如图4-5所示。
本发明的效果可以结合仿真结果作进一步说明：
1、仿真内容
1.1利用商业仿真软件CST_2021对上述实施方式中所采用的5G高增益宽带天线的端口有源回波损耗进行仿真计算，结果如图4所示。
1.2利用商业仿真软件CST_2021对上述实施方式中所采用的所述天线增益进行仿真计算，结果如图5所示为天线峰值增益随频率的变化情况。
2、仿真结果
参照图4，以有源回波损耗小于-10dB为标准，实施方式中所选取的天线工作频段为3.2GHz～4.3GHz，其相对工作带宽为29.3％。
参照图5，为实施方式中天线最大辐射方向增益随频率的变化，可以看出所述天线增益在工作频段3200MHZ-4300MHZ内，整体曲线随着频率的变化而稳定增加，带内增益波动小于2.2dB，且带宽内增益大于8.4dBi。
本实施例中关于“上”、“下”、“左”、“右”的描述，则该“上”、“下”、“左”、“右”的描述仅用于描述本发明和简化描述，而不能理解为指示或暗示某装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目睹，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
以上所述仅为本发明的具体实施方式，而非对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，凡在本发明的精神和原则之内所做的任何修改、等同替换和改进等、均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种应用于室内覆盖的5G高增益宽带天线，其特征在于：所述5G高增益宽带天线包括单层介质基板、反射器、有源振子和引向器；所述单层介质基板上下左三面皆设有金属层；所述反射器为U型结构，沿基板左边沿设置于介质板的上下左三面；所述有源振子位于反射器和引向器之间，振子两臂都分别加载了相同的矩形枝节且振子中心为U型馈电结构；所述矩形枝节分别与振子两臂内侧边沿对齐；所述U型馈电结构由两臂之间的空隙围成，其中一振子臂中间为凸起的矩形枝节，另一振子臂中间为凹进去的矩形缝隙，从而构成U型馈电结构；所述四个引向器贴片之间等间距分布于振子右侧，最靠近振子的引向器与振子之间间距小于四个引向器之间的距离，且四个引向器大小不一，尺寸皆略小于振子总臂长。
2.根据权利要求1所述的一种应用于室内覆盖的5G高增益宽带天线，其特征在于：所述反射器U型结构中间部分与介质板左面紧密贴合，为直接在介质板左面加金属层，高度与介质板厚度相同，为3.5mm，长度为38mm；设置于介质板上下面的U型结构另外两部分是完全相同的，尺寸为：38mm*3.2mm。
3.根据权利要求1所述的一种应用于室内覆盖的5G高增益宽带天线，其特征在于：所述有源振子总臂长为32.2mm，宽度为4mm，两臂之间以及加载的两枝节之间所留空隙为0.3mm,加载馈线处空隙为1.4mm。
4.根据权利要求1所述的一种应用于室内覆盖的5G高增益宽带天线，其特征在于：所述U型馈电结构由两臂之间的空隙围成，馈线内导体接其中一振子臂凸起的矩形枝节，枝节尺寸为：3mm*1.4mm，馈线外导体接另外一振子臂，该振子臂凹进去的矩形缝隙结构尺寸为：3.7mm*2mm。
5.根据权利要求1所述的一种应用于室内覆盖的5G高增益宽带天线，其特征在于：所述一对矩形枝节一端分别与振子两臂内侧边沿对齐，另一端为垂直于振子两臂放置的自由端，其尺寸为：5mm*1mm。
6.根据权利要求1所述的一种应用于室内覆盖的5G高增益宽带天线，其特征在于：所述四个引向器贴片等间距分布于振子右侧，间距大小为12mm，最靠近振子的引向器同振子距离为2.5mm，且四个引向器大小不一，根据到振子距离由近到远，四个引向器尺寸分别为：24.5mm*1.8mm、23.5mm*1.8mm、23.5mm*1.8mm、22.5mm*1.8mm。
7.根据权利要求1所述的一种应用于室内覆盖的5G高增益宽带天线，其特征在于：所述单层介质基板采用Rogers5880高频板材，相对介电常数为2.2，损耗角正切为0.0009，尺寸为：68mm*52mm，厚度为3.5mm。
8.根据权利要求1-7任一项所述的一种应用于室内覆盖的5G高增益宽带天线，其特征在于：所述5G高增益宽带天线剖面高度为3.5mm，工作频段为3.2GHz-4.3GHz，可覆盖N48即3550MHz-3700MHz、N77即3300MHz-4200MHz以及N78即3300MHz-3800MHz这三个5G频段，回波损耗＜-10dB时，其相对工作带宽为29.3％；在有效带宽内，最低增益为：8.4dBi，峰值增益为10.6dBi。
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Cited By (2)
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| CN117559137A (zh) * | 2024-01-10 | 2024-02-13 | 四川九洲电器集团有限责任公司 | 一种定向天线多功能引向器 |
| CN117559137B (zh) * | 2024-01-10 | 2024-04-12 | 四川九洲电器集团有限责任公司 | 一种定向天线多功能引向器 |
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