CN207883899U - 一种外置式wifi双频天线 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种外置式WIFI双频天线。本实用新型一种外置式WIFI双频天线，包括天线本体、外壳及连接座；所述天线本体包括电路板结构、金属杆结构和同轴线缆；所述电路板结构包括介质基板、接地面和辐射体；所述接地面和辐射体构成对称偶极子；所述天线本体设置在所述外壳内部；所述连接座设置在外壳尾部，用于连接路由器。本实用新型涉及无线通信技术领域；本实用新型一种外置式WIFI双频天线，通过天线本体结构的改进，提高了2.4GHz和5GHz全部工作频段内的平均增益，并保持了较为理想的全向性。其中天线本体采用的金属杆结构和电路板结构，实现了天线的小型化，同时降低了装配复杂度，保证了天线量产的一致性。

Description

一种外置式WIFI双频天线

技术领域

本实用新型涉及无线通信技术领域，尤其涉及的是一种外置式WIFI双频天线。

背景技术

随着信息技术和移动互联技术的飞速发展，WIFI已成为使用最广泛的无线网络传输技术，宽带网络配合使用无线路由器即可实现无线上网。一般的WIFI路由器支持IEEE802.11n(第四代)无线标准，工作在2.4GHz频段，由于其传输速率受限、抗干扰能力差，已经开始逐渐不能胜任高质量的数据传输任务。

在芯片技术和电路设计已然十分成熟的今天，处于同样价格区间的路由器产品基于成本考虑选用的内部电路器件不会有本质差异，所以外置天线成为最能显著影响路由器性能的部件。现有技术大多采用铜管结构天线，体积较大，而如何在产品设计要求小型化和外形美观的思路主导下，设计出性能优异的天线并保证量产一致性，是行业共同关心的课题。

外置型WIFI天线的重要指标，包括天线端口匹配、电压驻波比(VSWR)、天线效率、增益和方向性等。传统的单频WIFI天线设计，比较容易满足以上指标要求；而双频WIFI天线的双频特性增加了设计难度。很多厂商设计的双频WIFI天线，较容易满足天线端口匹配、电压驻波比(VSWR)、天线效率等指标要求，但增益和方向性要求则不能很好兼顾，例如往往能在2.4GHz全频段具有一致的高增益，但在5GHz下就只有部分频段可满足高增益要求，方向性也常会在5GHz某些频段发生恶化。究其原因，就是由于5GHz频段占有很大的带宽，天线不具有宽频带特性。

实用新型内容

为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种外置式WIFI双频天线，解决了双频WIFI天线的高增益指标和全向性要求不能很好兼顾的问题。

本实用新型所采用的技术方案是：

一种外置式WIFI双频天线，包括连接座、外壳及天线本体；其特征在于，所述天线本体包括电路板结构、金属杆结构和同轴线缆，，所述电路板结构分别与所述金属杆结构和所述同轴线缆电性连接；

所述电路板结构包括介质基板、接地面和辐射体，所述接地面和辐射体构成对称偶极子，所述接地面与所述辐射体之间具有缝隙；所述天线本体设置在所述外壳内部；所述连接座设置在外壳尾部，所述同轴线缆穿出所述连接座，所述同轴线缆用于连接路由器。

优选的，所述金属杆结构包括第一螺旋结构、第二螺旋结构、第一直线结构和第二直线结构。

优选的，所述第一螺旋结构、第一直线结构、第二螺旋结构和第二直线结构依次连接，所述第一螺旋结构与所述辐射体连接。

优选的，所述接地面的一侧沿着远离辐射体方向开设有第一矩形槽和第二矩形槽。

优选的，所述第一矩形槽设有两个，两个所述第一矩形槽分别分布在所述第二矩形槽的两侧。

优选的，所述外壳为刀锋形。

优选的，所述同轴线缆是可弯折材质，具体可以是聚氯乙烯护套软线、轻型无护套软电缆。

本实用新型的有益效果是：

本实用新型一种外置式WIFI双频天线，通过天线本体结构的改进，提高了2.4GHz和5GHz全部工作频段内的平均增益，并保持了较为理想的全向性。其中天线本体采用的金属杆结构和电路板结构，与现有技术的铜管结构天线相比，实现了天线的小型化，同时降低了装配复杂度，保证了天线量产的一致性。

附图说明

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步说明：

图1是本实用新型一种外置式WIFI双频天线的结构示意图；

图2为本实用新型天线本体的结构示意图；

图3为本实用新型天线的回波损耗参数图；

图4a为本实用新型天线在2.4GHz WIFI各频点的效率及水平面最大增益参照图，图4b为本实用新型天线在5GHz WIFI各频点的效率及水平面最大增益参照图；

图5a为本实用新型天线在频率2.4GHz的水平面方向图，图5b为本实用新型天线在频率2.5GHz的水平面方向图，图5c为本实用新型天线在频率5.2GHz的水平面方向图，图5d为本实用新型天线在频率5.8GHz的水平面方向图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

本实用新型一种外置式WIFI双频天线，参照图1，该结构包括：连接座1、外壳2和天线本体3。

其中连接座1与路由器进行机械连接，外壳2与连接座1套接，天线本体3固定在外壳2中。本实施例中天线本体的结构，结合图1和图2，天线本体结构包括金属杆结构7、电路板结构和同轴线缆，电路板结构分别与金属杆结构7和同轴线缆结构电性连接。

电路板结构包括介质基板4、接地面5和辐射体6。所述接地面5和辐射体6印刷介质基板4上。本实施例使用PCB印刷电路板结构替代传统天线的铜管结构，PCB加工精度高，尤其是当天线性能对某些结构件尺寸、距离非常敏感时，使用PCB能精确控制相关尺寸并保证一致性。

电路板结构通过接地面5与辐射体6构成对称偶极子，所述接地面与所述辐射体之间具有缝隙，通过调整接地面5与辐射体6之间的缝隙耦合，实现天线2.4GHz和5GHz的双频特性。

金属杆结构7包括第一螺旋结构71、第一直线结构72、第二螺旋结构73和第二直线结构74；所述第一螺旋结构71、第一直线结构72、第二螺旋结构73和第二直线结构74依次连接。金属杆结构7有很高的加工精度，可以保证量产一致性，大幅减小天线尺寸。

金属杆结构7通过调整第一直线结构72和第二直线结构74长度，控制2.4GHz频段电长度，再通过调整第一螺旋结构71的匝数，控制5GHz频段方向图，通过调整第二螺旋结构72的匝数，控制2.4Ghz频段方向图。

优选的，本实施例中，第一螺旋结构71匝数为6圈，第二螺旋结构72匝数为3圈。

优选的，本实施例中，第一直线结构72长度为22.00mm，第二直线结构74长度为33.90mm。

本实施例中，接地面5的一侧沿着介质基板尾端方向开设有第一矩形槽5a和第二矩形槽5b；所述第一矩形槽5a设有两个，两个所述第一矩形槽5a分别分布在所述第二矩形槽5b的两侧。所述接地面5通过调整第一矩形槽5a尺寸，进而微调2.4GHz频段电长度及方向图，再通过调整第二矩形槽5b尺寸，进而微调5GHz频段电长度及方向图，保证了较为理想的全向性。

优选的，本实施例中，第一矩形槽5a的长为19.50mm、宽为0.60mm，第二矩形槽5b的长为19.50mm、宽为2.10mm。

第一螺旋结构71的一端与辐射体6连接。优选的，第一螺旋结构71与辐射体6可通过焊接实现机械连接和电气连接。

同轴线缆包括外层接地网和芯线，本实施例天线装配时，需先将同轴线缆一端的外层接地网焊接至接地面5，同轴线缆一端的芯线焊接至辐射体6，同轴线缆的另一端穿过连接座1，再将金属杆结构7焊接至辐射体6前端，最后将连接座1和外壳2压接封严。本实施例通过电路板结构和金属杆结构7的设置，与现有铜管结构天线相比，减少了零件数量，从而降低了装配难度。

本实施例中金属杆结构7优选采用碳钢线，金属杆结构7的直径为0.8mm；介质基板4使用FR4材料，尺寸为长53.00mm、宽8.50mm高0.50mm。接地面5和辐射体6均使用铜箔，印刷在介质基板4正面。

本实用新型的基本原理是：先通过电路板结构中的接地面5与矩形辐射体6构建一个基本的对称偶极子，设定偶极子每个臂长度为2.4GHz电磁波波长的四分之一，再调整接接地面5与辐射体6之间的缝隙耦合产生5GHz的谐振，这样就基本形成2.4GHz和5GHz双频特性。为进一步提高增益，在上述基本对称偶极子的基础上，在垂直方向增加两个2.4GHz四分之一波长的辐射单元，再通过第一螺旋结构71和第二螺旋结构72调整相位及端口匹配。通过调整接地面5与矩形辐射体6缝隙尺寸，可控制5GHz频段带宽，优选的本实施例中缝隙尺寸为0.90mm。

本实施例中天线的回波损耗参数，参照图3。回波损耗，表征的是输入天线的能量有多少反射回源端，该值越小表明天线反射的能量占比越少而辐射能量占比越多。从测试结果来看，本实施例中天线在2.4-2.5GHz、5.2-5.8GHz的全部WIFI频段内回波损耗保持在-12dB以下，用于路由器等产品时天线反射回发射机的能量很少，这是保证大部分能量由天线转化为电磁波向空间传输的前提。

本实施例中天线在微波暗室测试所得的各个频点的效率及水平面最大增益，参照图4。图4a中，频率2.4GHz时，效率为45.59％，水平面最大增益为2.69；频率2.41GHz时，效率为46.80％，水平面最大增益为2.77；频率2.42GHz时，效率为45.71％，水平面最大增益为2.60；频率2.43GHz时，效率为45.98％，水平面最大增益为2.65；频率2.44GHz时，效率为45.83％，水平面最大增益为2.66；频率2.45GHz时，效率为44.74％，水平面最大增益为2.58；频率2.46GHz时，效率为44.47％，水平面最大增益为2.57；频率2.47GHz时，效率为45.88％，水平面最大增益为2.68；频率2.48GHz时，效率为43.20％，水平面最大增益为2.45；频率2.49GHz时，效率为42.59％，水平面最大增益为2.42；频率2.5GHz时，效率为42.16％，水平面最大增益为2.39。图4b中，频率5.2GHz时，效率为47.12％，水平面最大增益为2.84；频率5.24GHz时，效率为45.23％，水平面最大增益为2.62；频率5.28GHz时，效率为46.85％，水平面最大增益为2.79；频率5.32GHz时，效率为48.13％，水平面最大增益为2.80；频率5.36GHz时，效率为46.87％，水平面最大增益为2.81；频率5.4GHz时，效率为46.47％，水平面最大增益为2.75；频率5.44GHz时，效率为46.83％，水平面最大增益为3.08；频率5.48GHz时，效率为44.83％，水平面最大增益为3.21；频率5.52GHz时，效率为43.30％，水平面最大增益为3.09；频率5.56GHz时，效率为46.26％，水平面最大增益为3.31；频率5.6GHz时，效率为41.31％，水平面最大增益为3.09；频率5.64GHz时，效率为42.55％，水平面最大增益为3.19；频率5.68GHz时，效率为46.72％，水平面最大增益为2.84；频率5.72GHz时，效率为49.61％，水平面最大增益为3.05；频率5.76GHz时，效率为49.03％，水平面最大增益为3.07；频率5.8GHz时，效率为47.80％，水平面最大增益为3.15。

由图4a和图4b可知，本实施例中天线在全部WIFI频段内效率在40％以上，2.4-2.5GHz频段内增益稳定在2.5dBi左右，5.2-5.8GHz增益稳定在3.0dBi左右。现有天线要达到3dBi增益，常规做法是分别为2.4-2.5GHz和5.2-5.8GHz频段制作一个天线，对比本实施例中天线，在不增加天线数量和天线尺寸的前提下还可保证较高增益，可见本实施例优势。

本实施例中天线在微波暗室测试所得的水平面辐射方向图，参照图5。其中，图5a为2.4GHZ频段下的水平面方向图，图5b为2.5GHZ频点的水平面方向图，图5c为5.2GHZ频点的水平面方向图，图5d为5.8GHZ频点的水平面方向图。由图可见，本实施例中天线在保证高增益的前提下，水平面方向图为圆形而没有明显凹陷，表明天线增益在各方向保持一致，在实际应用场景中可有效解决各方向的覆盖距离相差较大的问题。

以上是对本实用新型的较佳实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本实用新型精神的前提下还可做出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (5)

1.一种外置式WIFI双频天线，包括连接座、外壳及天线本体；其特征在于，所述天线本体包括电路板结构、金属杆结构和同轴线缆，所述电路板结构分别与所述金属杆结构和所述同轴线缆电性连接；

所述电路板结构包括介质基板、接地面和辐射体，所述接地面和辐射体构成对称偶极子，所述接地面与所述辐射体之间具有缝隙；

所述天线本体设置在所述外壳内部；

所述连接座设置在外壳尾部，所述同轴线缆穿出所述连接座，所述同轴线缆用于连接路由器。

2.根据权利要求1所述的外置式WIFI双频天线，其特征在于，所述金属杆结构包括第一螺旋结构、第一直线结构、第二螺旋结构和第二直线结构；

所述第一螺旋结构、第一直线结构、第二螺旋结构和第二直线结构依次连接，所述第一螺旋结构与所述辐射体连接。

3.根据权利要求1所述的外置式WIFI双频天线，其特征在于，所述接地面的一侧沿着远离辐射体方向开设有第一矩形槽和第二矩形槽；

第一矩形槽设有两个，两个所述第一矩形槽分别分布在所述第二矩形槽的两侧。

4.根据权利要求1所述的外置式WIFI双频天线，其特征在于，所述外壳为刀锋形。

5.根据权利要求1所述的外置式WIFI双频天线，其特征在于，所述同轴线缆是可弯折材质。