CN211295385U - 一种天线辐射装置及天线 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种天线辐射装置及天线，所述天线辐射装置包括地枝节、馈电点、至少两个辐射单元及至少一个反相器；任意两个所述辐射单元通过对应的一个所述反相器相连接，形成天线辐射主体；所述天线辐射主体的首端与所述馈电点连接；其中，所述地枝节包括相互呈对称设置的第一枝节段及第二枝节段；所述第一枝节段设于所述天线辐射主体的首端的一侧，所述第二枝节段设于所述天线辐射主体的首端的另一侧，且所述第一枝节段的中部及所述第二枝节段的中部均与所述馈电点连接。本实用新型提供一种天线辐射装置，能够在应用频段内有效提高天线的增益，并拓展天线带宽。

Description

一种天线辐射装置及天线

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，尤其涉及一种天线辐射装置及天线。

背景技术

随着无线通信技术的发展，移动无线电通信日益普及，通信系统的宽带化对天线辐射装置的带宽提出了更高的要求。但现有的天线辐射装置通常为采用多偶极子组阵的方式或多节式的富兰克林鞭状天线，这种设计方式受限于反相器带宽较窄，所以当天线需求增益较大的时候，多个反相器串联后天线的方向图带宽变得很窄，使得天线带宽不足；而且富兰克林天线单元一般采用串馈形式，当频率较高时，电磁波衰减变大，因此串联的振子级数越多时，后级的振子对天线的增益影响越小，增益提升有限，无法满足无线通信发展的需求。

发明内容

本发明实施例的目的是提供一种天线辐射装置及天线，能在应用频段内有效提高天线的增益，并拓展天线带宽。

为实现上述目的，本发明一实施例提供了一种天线辐射装置，包括地枝节、馈电点、至少两个辐射单元及至少一个反相器；

任意两个所述辐射单元通过对应的一个所述反相器相连接，形成天线辐射主体；所述天线辐射主体的首端与所述馈电点连接；

其中，所述地枝节包括第一枝节段及第二枝节段；所述第一枝节段设于所述天线辐射主体的首端的一侧，所述第二枝节段设于所述天线辐射主体的首端的另一侧，所述第一枝节段与所述第二枝节段相对于所述天线辐射主体的首端的中轴线对称设置，且所述第一枝节段的中部及所述第二枝节段的中部均与所述馈电点连接。

优选地，位于所述天线辐射主体的首端的一辐射单元，其宽度由其首端往其尾端的方向逐渐变宽。

优选地，所述辐射单元的数量为至少三个，且包括第一辐射单元、第二辐射单元及第三辐射单元这三个所述辐射单元；所述反相器的数量为至少两个，且包括第一反相器及第二反相器这两个所述反相器；

所述第一辐射单元的首端形成为所述天线辐射主体的首端，所述第一辐射单元的尾端与所述第二辐射单元的首端通过所述第一反相器相连接，所述第二辐射单元的尾端与所述第三辐射单元的首端通过所述第二反相器相连接；

所述第一辐射单元，包括由其首端往其尾端的方向依次连接的第一条形块、梯形块、矩形块和第二条形块；

所述第二辐射单元的结构为条形块；

所述第三辐射单元与所述第二辐射单元两者的结构一致。

优选地，所述第一条形块与所述梯形块的中心线、所述矩形块的中心线在同一轴线上，与所述第二条形块不在同一轴线上；

所述第二辐射单元与所述第二条形块在同一轴线上；

所述第三辐射单元与所述第二辐射单元在同一轴线上。

优选地，所述辐射单元的数量为至少四个，且还包括第四辐射单元；所述反相器的数量为至少三个，且还包括第三反相器；其中，所述第四辐射单元的首端通过所述第三反相器与所述第三辐射单元的尾端连接，所述第四辐射单元与所述第二辐射单元两者的结构一致，且该两者在同一轴线上。

优选地，所述辐射单元的数量为五个，且还包括第五辐射单元，所述反相器的数量为四个，且还包括第四反相器；其中，所述第五辐射单元的首端通过所述第四反相器与所述第四辐射单元的尾端连接，所述第五辐射单元与所述第二辐射单元两者的结构一致，且该两者在同一轴线上。

优选地，所述反相器为蛇形线结构，包括依次连接的偶数段弯折段，所述弯折段与所述弯折段之间的形成的角度为90°，且每一个所述弯折段的弯折角为90°。

优选地，所述反相器的弯折段数量为4段。

优选地，所述天线辐射装置还包括一介质板；所述地枝节、所述馈电点、所述辐射单元及所述反相器均设于所述介质板的同一面上。

本发明另一实施例提供了一种天线，包括如上述任一项所述的天线辐射装置。

与现有技术相比，本发明实施例所提供的一种天线辐射装置及天线，通过采用一种整体呈对称结构的地枝节来调节天线辐射装置中的阻抗，使其一方面与天线辐射主体的首端共同形成一个匹配带宽优化结构，提升天线辐射主体的带宽；另一方面又可以抑制馈线上电流的辐射，削弱其对天线辐射主体辐射的影响，起馈电平衡的作用。同时反相器上的电流相互抵消，使得各辐射单元的电流同向，让天线辐射装置能在应用频段内有效提高天线的增益，并拓展天线带宽。

附图说明

图1是本发明一实施例提供的一种天线辐射装置的示意图；

图2是本发明一实施例提供的一种天线辐射装置在应用频段内的电流分布情况；

图3是本发明一实施例提供的包括三个辐射单元的天线辐射装置的散射参数随频率变化的曲线图；

图4是本发明一实施例提供的包括三个辐射单元的天线辐射装置在6.1GHz、6.5GHz和6.9GHz频点的水平辐射方向图；

图5是本发明一实施例提供的包括三个辐射单元的天线辐射装置在6.1GHz、6.5GHz和6.9GHz频点的垂直辐射方向图；

图6是本发明一实施例提供的包括四个辐射单元的天线辐射装置的结构示意图；

图7是本发明一实施例提供的包括四个辐射单元的天线辐射装置的散射参数随频率变化的曲线图；

图8是本发明一实施例提供的包括四个辐射单元的天线辐射装置在6.1GHz、6.5GHz和6.9GHz频点的水平辐射方向图；

图9是本发明一实施例提供的包括四个辐射单元的天线辐射装置在6.1GHz、6.5GHz和6.9GHz频点的垂直辐射方向图；

图10是本发明一实施例提供的包括五个辐射单元的天线辐射装置的结构示意图；

图11是本发明一实施例提供的包括五个辐射单元的天线辐射装置的散射参数随频率变化的曲线图；

图12是本发明一实施例提供的包括五个辐射单元的天线辐射装置在6.1GHz、6.5GHz和6.9GHz频点的水平辐射方向图；

图13是本发明一实施例提供的包括五个辐射单元的天线辐射装置在6.1GHz、6.5GHz和6.9GHz频点的垂直辐射方向图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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。

参见图1，是本发明一实施例提供的一种天线辐射装置的示意图，所述天线辐射装置包括地枝节5、馈电点3、至少两个辐射单元及至少一个反相器；

任意两个所述辐射单元通过对应的一个所述反相器相连接，形成天线辐射主体；所述天线辐射主体的首端与所述馈电点3连接；

其中，所述地枝节5包括第一枝节段及第二枝节段；所述第一枝节段设于所述天线辐射主体的首端的一侧，所述第二枝节段设于所述天线辐射主体的首端的另一侧，所述第一枝节段与所述第二枝节段相对于所述天线辐射主体的首端的中轴线对称设置，且所述第一枝节段的中部及所述第二枝节段的中部均与所述馈电点3连接。

具体地，天线辐射装置包括地枝节5、馈电点3、至少两个辐射单元及至少一个反相器。任意两个辐射单元通过对应的一个反相器相连接，形成天线辐射主体；天线辐射主体的首端与馈电点3连接。馈电点3用于连接天线辐射装置和馈电线，用于从天线辐射主体的首端往天线辐射主体的末端的方向来对天线辐射主体进行馈电，为天线辐射主体正常工作提供电能。辐射单元用于辐射和接收无线电波。反相器总长1/2波长，其上每个点的电流都会有一个与其方向相反的电流将其抵消，因此反相器的电磁辐射很小。

其中，地枝节5包括第一枝节段及第二枝节段；第一枝节段设于天线辐射主体的首端的一侧，第二枝节段设于天线辐射主体的首端的另一侧，第一枝节段与第二枝节段相对于天线辐射主体的首端的中轴线对称设置，如图1所示，即第一枝节段与第二枝节段关于天线辐射主体的中心线相互对称，使天线辐射主体两侧的电磁回路均匀。且第一枝节段的中部及第二枝节段的中部均与馈电点3连接，这是为了馈电线通过馈电点3过来的电流走到第一枝节段的中部和第二枝节段的中部时，能从第一枝节段的中部流向第一枝节段的两侧和从第二枝节段的中部流向第二枝节段的两侧，从而使地枝节5的上半部与天线辐射主体的首端共同形成一个匹配带宽优化结构，提升天线辐射主体的带宽；而下半部分的电流方向与射频电缆外导体的电流方向相反，能够抑制馈线上电流的辐射，削弱其对天线辐射主体辐射的影响，起馈电平衡的作用。优选地，地枝节5为垂直对称结构，整体呈“H”型。

参见图2，是本发明一实施例提供的一种天线辐射装置在应用频段内的电流分布情况，其中，箭头方向为天线辐射装置上的表面电流方向。因为反相器上的电流相互抵消，所以各辐射单元上的电流同向，使得在空间上的场得到叠加增强。在一定数量范围内，辐射单元越多，天线辐射装置的增益越高。一般地，当辐射单元达到七个及以上，天线辐射装置的增益的增加就不明显了，因为随着辐射单元的增多，远离馈电点3的辐射单元上电流逐渐减小，天线的增益提升效果逐渐减弱。

本发明实施例通过提供一种天线辐射装置，通过采用一种整体呈对称结构的地枝节来调节天线辐射装置中的阻抗，使其一方面与天线辐射主体的首端共同形成一个匹配带宽优化结构，提升天线辐射主体的带宽；另一方面又可以抑制馈线上电流的辐射，削弱其对天线辐射主体辐射的影响，起馈电平衡的作用。同时反相器上的电流相互抵消，使得各辐射单元的电流同向，让天线辐射装置能在应用频段内有效提高天线的增益，并拓展天线带宽。

作为上述方案的改进，位于所述天线辐射主体的首端的一辐射单元，其宽度由其首端往其尾端的方向逐渐变宽。

具体地，位于天线辐射主体的首端的一辐射单元，其宽度由其首端往其尾端的方向逐渐变宽，该结构能与地枝节5的上半部较好地匹配，从而共同形成一个匹配带宽优化结构，达到提升天线辐射主体的带宽的目的。

作为上述方案的改进，所述辐射单元的数量为至少三个，且包括第一辐射单元11、第二辐射单元12及第三辐射单元13这三个所述辐射单元；所述反相器的数量为至少两个，且包括第一反相器21及第二反相器22这两个所述反相器；

所述第一辐射单元11的首端形成为所述天线辐射主体的首端，所述第一辐射单元11的尾端与所述第二辐射单元12的首端通过所述第一反相器21相连接，所述第二辐射单元12的尾端与所述第三辐射单元13的首端通过所述第二反相器22相连接；

所述第一辐射单元11，包括由其首端往其尾端的方向依次连接的第一条形块、梯形块、矩形块和第二条形块；

所述第二辐射单元12的结构为条形块；

所述第三辐射单元13与所述第二辐射单元12两者的结构一致。

具体地，辐射单元的数量为至少三个，且包括第一辐射单元11、第二辐射单元12及第三辐射单元13这三个辐射单元；反相器的数量为至少两个，且包括第一反相器21及第二反相器22这两个反相器。这是为了更好地描述几种优选实施例，这些优选实施例有三种情况：天线辐射主体包括三个辐射单元、天线辐射主体包括四个辐射单元和天线辐射主体包括五个辐射单元，以下先对天线辐射主体包括三个辐射单元的情况进行说明。

第一辐射单元11的首端形成为天线辐射主体的首端，第一辐射单元11的尾端与第二辐射单元12的首端通过第一反相器21相连接，第二辐射单元12的尾端与第三辐射单元13的首端通过第二反相器22相连接，也就是说第一辐射单元11、第二辐射单元12和第三辐射单元13在排列上首尾方向都是一致的，同时两个辐射单元通过一个对应的反相器连接。

第一辐射单元11，包括由其首端往其尾端的方向依次连接的第一条形块、梯形块、矩形块和第二条形块，其中，第一条形块的宽度与梯形块的上底等宽，梯形块的下底与矩形块等宽，第二条形块的宽度小于矩形块的宽度，使得第一辐射单元11首端形成一个渐扩段，与地枝节5共同形成一个匹配带宽优化结构，提升天线辐射主体的带宽，同时与馈电点331连接，减少馈电阻抗。

第二辐射单元12的结构为条形块，第三辐射单元13与第二辐射单元12两者的结构一致。第二辐射单元12与第三辐射单元13的结构可以更好地与反相器衔接，以提高天线辐射主体的增益。

作为上述方案的改进，所述第一条形块与所述梯形块的中心线、所述矩形块的中心线在同一轴线上，与所述第二条形块不在同一轴线上；

所述第二辐射单元12与所述第二条形块在同一轴线上；

所述第三辐射单元13与所述第二辐射单元在同一轴线上。

具体地，第一条形块与梯形块的中心线、矩形块的中心线在同一轴线上，与第二条形块不在同一轴线上，即第二条形块与梯形块的中心线、矩形块的中心线不在同一轴线上。

第二辐射单元12与第二条形块在同一轴线上，第三辐射单元13与第二辐射单元在同一轴线上，这是为了保证天线辐射主体的每一个辐射单元上的电流都是同相位的，使得天线辐射主体在空间上各个点的场的矢量叠加，从而起到增强场的作用，进而提升天线增益。

参见图3，是本发明一实施例提供的包括三个辐射单元的天线辐射装置的散射参数随频率变化的曲线图。由图3可知，该天线辐射装置在5.1～8.2GHz频段内S参数小于-10dB，匹配良好。

参见图4和图5，分别是本发明一实施例提供的包括三个辐射单元的天线辐射装置在6.1GHz、6.5GHz和6.9GHz频点的水平辐射方向图和垂直辐射方向图，由图4和图5可知，该天线辐射装置在6～7GHz频段内在最大的增益4.27dBi，水平面上最大增益4.25dBi。天线辐射装置水平全向，满足常见外置天线应用要求。

作为上述方案的改进，所述辐射单元的数量为至少四个，且还包括第四辐射单元14；所述反相器的数量为至少三个，且还包括第三反相器23；其中，所述第四辐射单元14的首端通过所述第三反相器23与所述第三辐射单元13的尾端连接，所述第四辐射单元14与所述第二辐射单元12两者的结构一致，且该两者在同一轴线上。

具体地，辐射单元的数量为至少四个，且还包括第四辐射单元14；反相器的数量为至少三个，且还包括第三反相器23，也就是说，本实施例是在上一实施例的基础上增加了一个第四辐射单元14和一个第三反相器23。其中，第四辐射单元14的首端通过第三反相器23与第三辐射单元13的尾端连接，第四辐射单元14与第二辐射单元12两者的结构一致，且该两者在同一轴线上，即第四辐射单元14的结构也为条形块。

本实施主要是针对天线辐射主体包括四个辐射单元的情况。参见图6，是本发明实施例提供的四个辐射单元的天线辐射装置的结构示意图。参见图7，是本发明一实施例提供的包括四个辐射单元的天线辐射装置的散射参数随频率变化的曲线图。由图7可知，该天线辐射装置在4.8～7.9GHz频段内S参数小于-10dB，天线阻抗带宽充足，匹配良好。

参见图8和图9，分别是本发明实施例提供的包括四个辐射单元的天线辐射装置在6.1GHz、6.5GHz和6.9GHz频点的水平辐射方向图和垂直辐射方向图，由图8和图9可知，该天线辐射装置在6～7GHz频段内在最大的增益5.28dBi，水平面上最大增益4.76dBi。同样地，该天线辐射装置水平全向。

作为上述方案的改进，所述辐射单元的数量为五个，且还包括第五辐射单元15，所述反相器的数量为四个，且还包括第四反相器24；其中，所述第五辐射单元15的首端通过所述第四反相器24与所述第四辐射单元14的尾端连接，所述第五辐射单元15与所述第二辐射单元12两者的结构一致，且该两者在同一轴线上。

具体地，辐射单元的数量为五个，且还包括第五辐射单元15，反相器的数量为四个，且还包括第四反相器24，也就是说，本实施例是在上一实施例的基础上增加了一个第五辐射单元15和一个第四反相器24。其中，第五辐射单元15的首端通过第四反相器24与第四辐射单元14的尾端连接，第五辐射单元15与第二辐射单元12两者的结构一致，且该两者在同一轴线上，即第五辐射单元15的结构也为条形块。

本实施主要是针对天线辐射主体包括五个辐射单元的情况。参见图10，是本发明一实施例提供的五个辐射单元的天线辐射装置的结构示意图。参见图11，是本发明实施例提供的包括五个辐射单元的天线辐射装置的散射参数随频率变化的曲线图。由图11可知，该天线辐射装置在5.6～7.5GHz频段内S参数小于-10dB，天线阻抗带宽充足，匹配良好。

参见图12和图13，分别是本发明实施例提供的包括五个辐射单元的天线辐射装置在6.1GHz、6.5GHz和6.9GHz频点的水平辐射方向图和垂直辐射方向图，由图12和图13可知，该天线辐射装置在6～7GHz频段内在最大的增益6.7dBi，水平面上最大增益5.54dBi。同样地，该天线辐射装置水平全向。

作为上述方案的改进，所述反相器为蛇形线结构，包括依次连接的偶数段弯折段，所述弯折段与所述弯折段之间的形成的角度为90°，且每一个所述弯折段的弯折角为90°。

具体地，反相器为蛇形线结构，这样的结构可以减少天线辐射装置的尺寸，方便天线小型化。反相器包括依次连接的偶数段弯折段，弯折段与弯折段之间的形成的角度为90°，且每一个弯折段的弯折角为90°。因为要尽可能地让反相器上的电流相互抵消，所以弯折段的数量要为偶数。反相器上的电流相互抵消，可以使得每一个辐射单元上的电流都是同相位的，同时使得天线辐射主体在空间上各个点的场的矢量叠加，从而起到增强场的作用，进而提升天线增益。

作为上述方案的改进，所述反相器的弯折段数量为4段。

具体地，反相器的弯折段数量为4段，且组成反相器首端和尾端的弯折段与对应的辐射单元的连接形成的夹角均为90°。

作为上述方案的改进，所述天线辐射装置还包括一介质板4；所述地枝节5、所述馈电点3、所述辐射单元及所述反相器均设于所述介质板4的同一面上。

具体地，天线辐射装置还包括一介质板4；地枝节5、馈电点3、辐射单元及反相器均设于介质板4的同一面上，从而形成印刷天线的天线辐射装置，从而更好地装配在无线通信产品中。介质板4的基材采用环氧玻璃布纸基板材(CEM-1板材)，价格低廉，从而可以降低天线辐射装置的成本。

本发明另一实施例还提供一种天线，包括如上述任一实施例所述的天线辐射装置。该天线还包括馈线、馈电网络和射频电缆，它们共同组成一种适用于802.11ax Wave2的6～7GHz的外置全向天线。802.11ax称高效率无线标准(HEW)，为第六代WiFi技术。11axWave1支持2.4GHz和5GHz频段，向下兼容11a/b/g/n/ac。11ax Wave2是在11ax W1的基础上，启用5.925GHz至7.125GHz频段，以满足无线设备对更高吞吐量的要求。目前802.11axWave2尚未商用，市面上尚未有类似的适用于室内无线通信设备的外置全向天线。该天线在5.925GHz～7.125GHz范围内，水平方向图具有较好的一致性，带宽也较宽。

综上，本发明实施例所提供的一种天线辐射装置及天线，通过采用一种整体呈H型垂直对称结构的地枝节来调节天线辐射装置中的阻抗，使其一方面与天线辐射主体的首端共同形成一个匹配带宽优化结构，提升天线辐射主体的带宽；另一方面又可以抑制馈线上电流的辐射，削弱其对天线辐射主体辐射的影响，起馈电平衡的作用。反相器采用蛇形线结构，能有效减少自身尺寸，同时反相器上的电流相互抵消，使得各辐射单元的电流同向，让天线辐射装置能在应用频段内有效提高天线的增益，并拓展天线带宽，且水平全向。同时还能通过增加辐射单元的数量，来有效提高天线辐射装置的增益。并且该天线辐射装置采用价格低廉的CEM-1板材，大大降低了天线的成本，通过单面介质板的底部馈电，适用于常见的无线通信产品上，具有易装配的特点。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种天线辐射装置，其特征在于，包括地枝节、馈电点、至少两个辐射单元及至少一个反相器；

任意两个所述辐射单元通过对应的一个所述反相器相连接，形成天线辐射主体；所述天线辐射主体的首端与所述馈电点连接；

其中，所述地枝节包括第一枝节段及第二枝节段；所述第一枝节段设于所述天线辐射主体的首端的一侧，所述第二枝节段设于所述天线辐射主体的首端的另一侧，所述第一枝节段与所述第二枝节段相对于所述天线辐射主体的首端的中轴线对称设置，且所述第一枝节段的中部及所述第二枝节段的中部均与所述馈电点连接。

2.如权利要求1所述的天线辐射装置，其特征在于，位于所述天线辐射主体的首端的一辐射单元，其宽度由其首端往其尾端的方向逐渐变宽。

3.如权利要求2所述的天线辐射装置，其特征在于，所述辐射单元的数量为至少三个，且包括第一辐射单元、第二辐射单元及第三辐射单元这三个所述辐射单元；所述反相器的数量为至少两个，且包括第一反相器及第二反相器这两个所述反相器；

所述第一辐射单元的首端形成为所述天线辐射主体的首端，所述第一辐射单元的尾端与所述第二辐射单元的首端通过所述第一反相器相连接，所述第二辐射单元的尾端与所述第三辐射单元的首端通过所述第二反相器相连接；

所述第一辐射单元，包括由其首端往其尾端的方向依次连接的第一条形块、梯形块、矩形块和第二条形块；

所述第二辐射单元的结构为条形块；

所述第三辐射单元与所述第二辐射单元两者的结构一致。

4.如权利要求3所述的天线辐射装置，其特征在于，

所述第一条形块与所述梯形块的中心线、所述矩形块的中心线在同一轴线上，与所述第二条形块不在同一轴线上；

所述第二辐射单元与所述第二条形块在同一轴线上；

所述第三辐射单元与所述第二辐射单元在同一轴线上。

5.如权利要求3或4所述的天线辐射装置，其特征在于，所述辐射单元的数量为至少四个，且还包括第四辐射单元；所述反相器的数量为至少三个，且还包括第三反相器；其中，所述第四辐射单元的首端通过所述第三反相器与所述第三辐射单元的尾端连接，所述第四辐射单元与所述第二辐射单元两者的结构一致，且该两者在同一轴线上。

6.如权利要求5所述的天线辐射装置，其特征在于，所述辐射单元的数量为五个，且还包括第五辐射单元，所述反相器的数量为四个，且还包括第四反相器；其中，所述第五辐射单元的首端通过所述第四反相器与所述第四辐射单元的尾端连接，所述第五辐射单元与所述第二辐射单元两者的结构一致，且该两者在同一轴线上。

7.如权利要求1所述的天线辐射装置，其特征在于，所述反相器为蛇形线结构，包括依次连接的偶数段弯折段，所述弯折段与所述弯折段之间的形成的角度为90°，且每一个所述弯折段的弯折角为90°。

8.如权利要求7所述的天线辐射装置，其特征在于，所述反相器的弯折段数量为4段。

9.如权利要求1所述的天线辐射装置，其特征在于，所述天线辐射装置还包括一介质板；所述地枝节、所述馈电点、所述辐射单元及所述反相器均设于所述介质板的同一面上。

10.一种天线，其特征在于，包括如权利要求1-9任一项所述的天线辐射装置。

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