CN116759786B - 一种w频段全向天线 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种W频段全向天线，包括由金属体构成的馈电波导、全向天线、上下表面均覆铜的PCB板；在馈电波导内设置有矩形腔体结构，该矩形腔体结构构成矩形波导；在矩形波导内设置有金属匹配阶梯块，在金属匹配阶梯块的顶面设置有空气同轴结构。PCB板设置于馈电波导与全向天线之间，全向天线的馈电端依次穿过所述PCB板、空气同轴结构后，与金属匹配阶梯块电性连接；空气同轴结构与全向天线的馈电端同轴设置。本发明通过使用PCB作为连接全向天线与馈电波导的支撑，减少了W频段信号的传输损耗。

Description

一种W频段全向天线

技术领域

本发明涉及通信天线技术领域，尤其涉及一种W频段全向天线。

背景技术

W波段是指无线电频率范围在75-110GHz之间的频段，也被称为毫米波段。这个频段的特点是具有高带宽和高速率的传输能力，因此在无线通信、雷达、天文学等领域有着广泛的应用。而W频段的信号传输一般采用波导传输，但波导天线一般为定向辐射，不能实现全向辐射。但是，全向天线在车载通信系统、电子战通信系统等领，为了保证有效传输各个方向信号，该场景下需要天线具有水平方向上的全向辐射特性。如果能够实现W频段的全向辐射，对车载通信系统、电子战通信系统来说，具有非常重要的现实意义。

然而，根据微波信号传输的特点，频率越高，传输介质损耗越大。如何实现W波段在实现全向辐射的同时，还能降低损耗，就成为当前亟需要解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于解决上述现有技术存在的缺陷，提供一种W频段全向天线。

一种W频段全向天线，包括全向天线、由金属体构成的馈电波导；还包括上下表面均覆铜的PCB板；

所述PCB板设置于所述馈电波导与全向天线之间，所述全向天线焊接在所述PCB板的上表面，所述馈电波导焊接在所述PCB板的下表面；

在所述馈电波导内设置有矩形腔体结构，该矩形腔体结构构成矩形波导；在所述矩形波导内设置有金属匹配阶梯块，在所述金属匹配阶梯块的顶面设置有空气同轴结构，所述空气同轴结构为垂直设置于所述馈电波导内的通孔；

所述全向天线的馈电端依次穿过所述PCB板、空气同轴结构后，与所述金属匹配阶梯块电性连接；

所述空气同轴结构与所述全向天线的馈电端同轴设置。

进一步地，如上所述的W频段全向天线，所述空气同轴结构包括至少2个孔径不一致的过孔，所述至少2个孔径不一致的过孔其首尾相互连接为一体结构，且同轴设置。

进一步地，如上所述的W频段全向天线，全向天线包括2个圆饼状结构的金属圆盘，分别为上金属圆盘、下金属圆盘；

所述上金属圆盘与下金属圆盘平行设置，两者通过金属圆柱垂直连接为一体结构，所述金属圆柱的端部延伸构成所述全向天线的馈电端；

所述金属圆柱分别与所述上金属圆盘和下金属圆盘同轴设置。

进一步地，如上所述的W频段全向天线，所述金属匹配阶梯块包括至少2阶矩形金属体，所述至少2阶矩形金属体依次错落、形成阶梯结构，且所述至少2阶矩形金属体为一体结构。

进一步地，如上所述的W频段全向天线，所述馈电波导的外立面为圆柱体结构，所述馈电波导与所述全向天线的馈电端同轴设置。

进一步地，如上所述的W频段全向天线，所述馈电波导的表面设置有镀金层。

进一步地，如上所述的W频段全向天线，所述矩形波导内的矩形腔体结构的截面尺寸为2.54mm*1.27mm。

进一步地，如上所述的W频段全向天线，所述金属匹配阶梯块与所述馈电波导为一体结构。

有益效果

发明提供的W频段全向天线，通过利用PCB板为全向天线提供支撑，使得全向天线的馈电端能够有效穿过空气同轴结构后与金属匹配阶梯块电性连接，并最终通过空心结构的空气同轴结构作为同轴转换结构，实现了减少W频段信号传输损耗的目的。

附图说明

图1为本发明提供的W频段全向天线结构示意图之一。

图2为本发明提供的W频段全向天线结构示意图之二。

图3为本发明提供的W频段全向天线结构示意图之三。

图4为本发明W频段全向天线的空气同轴结构示意图。

图5为本发明W频段全向天线的金属匹配阶梯块结构示意图。

图6为本发明提供的W频段全向天线结构示意图之四。

1-全向天线；11-上金属圆盘；12-金属圆柱；13-下金属圆盘；2-PCB板；3-馈电波导；31-空气同轴结构；32-金属匹配阶梯块；33-矩形波导。

实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1为本发明提供的W频段全向天线结构示意图之一，图2为本发明提供的W频段全向天线结构示意图之二，图1为W频段全向天线的整体结构图，图2为图1的分解图，如图1、图2所示，该W频段全向天线结构包括：全向天线1、上下表面均覆铜的PCB板2、由金属体构成的馈电波导3；在所述馈电波导3内设置有矩形腔体结构，该矩形腔体结构构成矩形波导33；在所述矩形波导33内设置有金属匹配阶梯块32，在所述金属匹配阶梯块32的顶面设置有空气同轴结构31，所述空气同轴结构31为垂直设置于所述金属体内的通孔；所述PCB板2设置于所述馈电波导3与全向天线1之间，所述全向天线1焊接在所述PCB板2的上表面，所述馈电波导3焊接在所述PCB板2的下表面；所述全向天线1的馈电端依次穿过所述PCB板2、空气同轴结构31后，与所述金属匹配阶梯块32电性连接；所述空气同轴结构31与所述全向天线1的馈电端同轴设置。

具体地，馈电波导3为天线馈电部分，其为金属实体结构，矩形波导33为设置在该金属实体内的矩形腔体结构。空气同轴结构31为设置在该金属实体内的通心过孔，其一端与矩形波导33电性连接，另一端与所述PCB板2的下表面的覆铜层电性连接，该空气同轴结构31的作用在于形成空气同轴线传输结构，传输W波段信号，同时起到天线到波导的匹配转换作用。

由于W波段的信号在介质传输过程的中的损耗较大，一般信号传输采用矩形波导进行传输，但是传统的波导天线不能实现全向辐射，因此需要将波导转换为同轴馈电的其他天线形式，传统的波导到同轴转换结构，其同轴结构内填充有介质，一般为玻璃或者聚四氟乙烯，其会带来一定的传输损耗。本发明利用空心结构的空气同轴结构31作为同轴结构，能够降低传输损耗；但是，因为全向天线1的馈电端（金属圆柱12）需要穿过该空气同轴结构31后与金属匹配阶梯块32电性连接，而空心结构的空气同轴结构31不能很好的支撑全向天线1，因此，本发明利用PCB板2作为全向天线1的支撑，并在其中心设置圆孔，以便使全向天线1的馈电端能够穿过。

此外，本发明提供的全向天线1为W天线辐射体，其为金属构件，可以由机械加工一体成型，机械加工后在其表面设置镀金层，通过在全向天线1的表面镀金可以防止结构件被氧化，影响天线辐射性能。同时金导电性好，更有利于天线辐射。

本发明提供的W频段全向天线，通过利用PCB板2为全向天线1提供支撑，使得全向天线1的馈电端能够有效穿过空气同轴结构31后与金属匹配阶梯块32电性连接，并最终通过空心结构的空气同轴结构作为同轴转换结构，实现了减少W频段信号传输损耗的目的。

进一步地，图3为本发明提供的W频段全向天线结构示意图之三，如图3所示，所述空气同轴结构31包括至少2个孔径不一致的过孔，所述至少2个孔径不一致的过孔其首尾相互连接为一体结构，且同轴设置。

本发明提供的W频段全向天线，通过将空气同轴结构31的2个过孔同轴设置，以便形成同轴传输线，同时将该两个过孔的孔径设置为不同大小，使得该空气同轴结构可以更大自由度的调节阻抗匹配，从而实现更好的频率带宽。为了实现不同场景下的不同应用，本发明提供的空气同轴结构31对应的开孔直径也可以是3种或者更多的尺寸的开孔构成的一体结构。

进一步地，图4为本发明W频段全向天线的空气同轴结构示意图，如图4所示，该全向天线1包括2个圆饼状结构的金属圆盘，分别为上金属圆盘11和下金属圆盘13。所述上金属圆盘11与下金属圆盘13平行设置，两者通过金属圆柱12垂直连接在一起，所述金属圆柱12的端部延伸构成所述全向天线1的馈电端；所述金属圆柱12分别与所述上金属圆盘11和下金属圆盘13同轴设置。

具体地，如图1、图2所示，本发明提供的全向天线1包括两个圆饼状结构的金属圆盘，分别为上金属圆盘11、下金属圆盘13，且两者通过金属圆柱12垂直连接为一体结构。所述上金属圆盘11、下金属圆盘13及金属圆柱12中心轴在一条线上。

本发明通过将上金属圆盘11、下金属圆盘13设计为圆饼状结构，使其成为中心旋转对称结构，而中心旋转对称结构能够使天线形成更加旋转对称分布的全向辐射场，从而更有利于实现天线的全向辐射。

本发明通过将上金属圆盘11、下金属圆盘13及金属圆柱12三者的中心轴设置在一条线上，使得辐射体结构中心对称，从而有利于实现天线全向辐射。

为了增加全向天线的增益，本发明通过增加金属圆盘的数量，以形成类似的全向天线阵列的形式，从而提高全向天线的增益。如图4所示，该空气同轴结构设置有3个金属圆盘。并且还可以根据实际需要增加更多的金属圆盘，以进一步提升全向天线的增益。

图5为本发明W频段全向天线的金属匹配阶梯块结构示意图，如图5所示，所述金属匹配阶梯块32由2阶矩形金属体依次错落构成，并且为阶梯状的一体结构，该金属匹配阶梯块32为同轴到波导转换的阶梯匹配金属结构，其主要作用是实现矩形波导到同轴结构的转换。

图6为本发明提供的W频段全向天线结构示意图之四，如图6所示，所述金属匹配阶梯块32包括3阶矩形金属体，该3阶矩形金属体依次错落、形成阶梯结构，且所述3阶矩形金属体为一体结构。

本发明提供的W频段全向天线，通过将同轴到波导转换的金属匹配阶梯块由2阶变为3阶，增加了其匹配的可调参数，从而能够实现更好的频率带宽。并且可根据实际需要，阶梯个数也可以是4个甚至更多。

进一步的，所述馈电波导3的外立面为圆柱体结构，所述馈电波导3与所述全向天线1的馈电端同轴设置。

本发明提供的W频段全向天线，通过将馈电波导3的外立面设置为圆柱体结构，能够使整个天线的外观为中心旋转对称结构，从而保证了全向天线最终形成的方向图为中心对称的全向方向图。

进一步的，所述馈电波导3的表面设置有镀金层。

具体地，由于W波段的天线很小，其横截面直径一般小于20mm，一般天线与PCB板2，PCB板2与馈电波导3的结构腔体采用焊接或粘接的方式进行电性能连接，粘接或者焊接需要金属表面镀金。通过镀金保证可生产性，确保PCB板与金属结构件在不使用螺钉的情况下，进行可靠的连接，从而省去了组装PCB板与金属结构件连接的螺钉，提高了生产效率。

进一步的，所述矩形波导33为标准的WR10波导，其内腔体截面尺寸为2.54mm*1.27mm。

本发明提供的W频段全向天线，通过将PCB板设计为圆饼状结构，更有利于天线实现全向方向图。

进一步的，所述金属匹配阶梯块32与所述馈电波导3为一体结构，即阶梯匹配金属结构块的背面与矩形波导的一面齐平。

综上，本发明提出的W频段全向天线，实现了W波段矩形波导到同轴的低损耗转换。本发明提出用PCB板作为连接天线与波导的支撑，实现了矩形波导到空气同轴的转换结构，可以减少W频段信号的传输损耗。且本发明通过采用2个或者2个以上的金属圆盘结构，实现了类似阵列天线的效果，实现了在保证天线全向辐射的同时，比传统全向天线更高的增益，可以大大提升系统性能，改善通信质量。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.一种W频段全向天线，包括：全向天线（1）、由金属体构成的馈电波导（3）；其特征在于，还包括上下表面均覆铜的PCB板（2）；

所述PCB板（2）设置于所述馈电波导（3）与全向天线（1）之间，所述全向天线（1）焊接在所述PCB板（2）的上表面，所述馈电波导（3）焊接在所述PCB板（2）的下表面；

在所述馈电波导（3）内设置有矩形腔体结构，该矩形腔体结构构成矩形波导（33）；在所述矩形波导（33）内设置有金属匹配阶梯块（32），在所述金属匹配阶梯块（32）的顶面设置有空气同轴结构（31），所述空气同轴结构（31）为垂直设置于所述馈电波导（3）内的通孔；

所述全向天线（1）的馈电端依次穿过所述PCB板（2）、空气同轴结构（31）后，与所述金属匹配阶梯块（32）电性连接；

所述空气同轴结构（31）与所述全向天线（1）的馈电端同轴设置；

全向天线（1）包括2个圆饼状结构的金属圆盘；分别为上金属圆盘（11）、下金属圆盘（13）；

所述上金属圆盘（11）与下金属圆盘（13）平行设置，两者通过金属圆柱（12）垂直连接为一体结构，所述金属圆柱（12）的端部延伸构成所述全向天线（1）的馈电端；

所述金属圆柱（12）分别与所述上金属圆盘（11）和下金属圆盘（13）同轴设置。

2.根据权利要求1所述的W频段全向天线，其特征在于，所述空气同轴结构（31）包括至少2个孔径不一致的过孔，所述至少2个孔径不一致的过孔其首尾相互连接为一体结构，且同轴设置。

3.根据权利要求1所述的W频段全向天线，其特征在于，所述金属匹配阶梯块（32）包括至少2阶矩形金属体，所述至少2阶矩形金属体依次错落、形成阶梯结构，且所述至少2阶矩形金属体为一体结构。

4.根据权利要求1所述的W频段全向天线，其特征在于，所述馈电波导（3）的外立面为圆柱体结构，所述馈电波导（3）与所述全向天线（1）的馈电端同轴设置。

5.根据权利要求1所述的W频段全向天线，其特征在于，所述馈电波导（3）的表面设置有镀金层。

6.根据权利要求1所述的W频段全向天线，其特征在于，所述矩形波导（33）内的矩形腔体结构的截面尺寸为2.54mm*1.27mm。

7.根据权利要求1所述的W频段全向天线，其特征在于，所述金属匹配阶梯块（32）与所述馈电波导（3）为一体结构。