CN212968058U - 一种定向wlan天线 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种定向WLAN天线包括外壳和天线主体，通过在PCB基板上设置板载天线和载波振子并将载波振子的第一带条沿PCB基板的一边设置，第二带条和第三带条的一端与第一带条的中点相连，且第二带条和第三带条所构成的夹角开口朝向板载天线，使得板载天线发出的WLAN信号能够以较高的耦合效率通过载波振子发射；同时，天线主体置于具有反射板的外壳内，利用反射板的反射原理，能够将发射出的不同方向的信号反射成同一方向的信号，如此便增加了信号的定向性，解决了现有WLAN天线固定方向增益低、穿墙后信号衰减大且性能不稳定的问题。
Description
技术领域
本实用新型涉及天线技术领域，特别涉及一种定向WLAN天线。
背景技术
WLAN(Wireless LocalAreaNetwork，无线局域网)指应用无线通信技术将计算机设备互联起来，构成可以互相通信和实现资源共享的网络体系。无线局域网本质的特点是不再使用通信电缆将计算机与网络连接起来，而是通过无线的方式连接，从而使网络的构建和终端的移动更加灵活。无线局域网利用射频(Radio Frequency，RF)技术，使用电磁波取代双绞铜线(Coaxial)所构成的局域网络，在空中进行通信连接，使得无线局域网络能利用简单的存取架构让用户透过它，达到“信息随身化、便利走天下”的理想境界。
虽然WLAN具有安装便捷、易于网络规划和调整等优点，但由于WLAN是依靠无线电波进行传输的。无线电波通过无线发射装置进行发射，而建筑物、车辆、树木和其它障碍物都可能阻碍电磁波的传输，所以会影响WLAN的性能。现有的WLAN设备，为了覆盖全方位的无线通信设备，其发射的无线电波是各个方向都有的，在同样的功率条件下，使得每个方向的增益都较低，尤其在电波穿墙后衰减很大，吞吐量会大幅下降，影响WLAN的性能。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种定向WLAN天线，以解决现有WLAN天线固定方向增益低、穿墙后信号衰减大且性能不稳定的问题。
为解决上述技术问题，本实用新型提供一种定向WLAN天线，所述定向WLAN天线包括外壳和天线主体，所述外壳顶部开口且所述外壳的内侧覆盖有反射板，所述天线主体包括PCB基板、板载天线和载波振子，所述PCB基板位于所述外壳内，且与所述外壳的底面平行间隔设置，所述板载天线和所述载波振子间隔设置于所述PCB基板远离所述外壳的底面的一面，所述载波振子包括第一带条、第二带条和第三带条，所述第一带条沿所述PCB基板的一边设置，所述第二带条的一端和所述第三带条的一端与所述第一带条的中点相连，且所述第二带条和所述第三带条所构成的夹角开口朝向所述板载天线。
可选的，在所述的定向WLAN天线中，所述外壳的底面、所述PCB基板、所述板载天线和所述载波振子均呈轴对称图形，且所述外壳的底面的对称轴、所述PCB基板的对称轴、所述板载天线的对称轴和所述载波振子的对称轴重合。
可选的，在所述的定向WLAN天线中，所述PCB基板与所述外壳的底面的距离为4.58±0.1mm，与所述外壳的侧壁的距离为5.7～11.0mm。
可选的，在所述的定向WLAN天线中，所述板载天线靠近所述载波振子的一端设置有馈电点，所述载波振子靠近所述板载天线的一端设置有地点。
可选的，在所述的定向WLAN天线中，所述定向WLAN天线还包括信号传输线，所述信号传输线包括同轴电缆，所述同轴电缆包括相互绝缘的芯线和屏蔽层，所述同轴电缆一端的所述芯线与所述馈电点电性连接，同一端的所述屏蔽层与所述地点电性连接。
可选的，在所述的定向WLAN天线中，所述同轴电缆的长度≤150mm，线径为0.8～1.15mm。
可选的，在所述的定向WLAN天线中，所述外壳靠近所述载波振子的一侧壁上开设有孔洞，所述信号传输线通过所述孔洞延伸至所述外壳的外侧，所述孔洞的孔径为3.5±0.05mm。
可选的，在所述的定向WLAN天线中，所述信号传输线还包括射频线端子，所述射频线端子与所述同轴电缆远离所述馈电点的一端电性连接。
可选的，在所述的定向WLAN天线中，所述第二带条和所述第三带条所构成的夹角呈90度。
可选的，在所述的定向WLAN天线中，所述外壳从开口侧向底面尺寸逐渐缩小。
本实用新型提供的定向WLAN天线包括外壳和天线主体，所述外壳顶部开口且所述外壳的内侧覆盖有反射板，所述天线主体包括PCB基板、板载天线和载波振子，所述PCB基板位于所述外壳内，且与所述外壳的底面平行间隔设置，所述板载天线和所述载波振子间隔设置于所述PCB基板远离所述外壳的底面的一面，所述载波振子包括第一带条、第二带条和第三带条，所述第一带条沿所述PCB基板的一边设置，所述第二带条的一端和所述第三带条的一端与所述第一带条的中点相连，且所述第二带条和所述第三带条所构成的夹角开口朝向所述板载天线。通过在PCB基板上设置板载天线和载波振子并将载波振子的第一带条沿PCB基板的一边设置，第二带条和第三带条的一端与第一带条的中点相连，且第二带条和第三带条所构成的夹角开口朝向板载天线，使得板载天线发出的WLAN信号能够以较高的耦合效率通过载波振子发射；同时，外壳内侧覆盖有反射板，天线主体置于具有反射板的外壳内时，利用反射板的反射原理，能够将发射出的不同方向的信号反射成同一方向的信号，如此便增加了信号的定向性，解决了现有WLAN天线固定方向增益低、穿墙后信号衰减大且性能不稳定的问题。
附图说明
图1为本实施例提供的定向WLAN天线的俯视图；
图2为本实施例提供的定向WLAN天线的侧视图；
图3为本实施例提供的定向WLAN天线的主视图；
图4为本实施例提供的同轴电缆的结构示意图；
图5为本实施例提供的定向WLAN天线的尺寸图；
其中，各附图标记说明如下：
100-外壳；110-反射板；101-孔洞；
200-天线主体；210-PCB基板；220-板载天线；221-馈电点；230-载波振子；231-第一带条；232-第二带条；233-第三带条；234-地点；
300-信号传输线；310-同轴电缆；311-芯线；312-介质层；313-屏蔽层；314-保护层；320-射频线端子。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本实用新型提出的定向WLAN天线作进一步详细说明。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本实用新型实施例的目的。此外，附图所展示的结构往往是实际结构的一部分。特别的，各附图需要展示的侧重点不同，有时会采用不同的比例。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及附图说明中的“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，以便描述本发明的实施例，而不用于描述特定的顺序或先后次序，应该理解这样使用的结构在适当情况下可以互换。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
本实施例提供一种定向WLAN天线，如图1所示，所述定向WLAN天线包括外壳100和天线主体200，所述外壳100顶部开口且所述外壳100的内侧覆盖有反射板110，所述天线主体200包括PCB基板210、板载天线220和载波振子230，所述PCB基板210位于所述外壳100内，且与所述外壳100的底面平行间隔设置，所述板载天线220和所述载波振子230间隔设置于所述PCB基板210远离所述外壳100的底面的一面，所述载波振子230包括第一带条231、第二带条232和第三带条233，所述第一带条231沿所述PCB基板210的一边设置，所述第二带条232的一端和所述第三带条233的一端与所述第一带条231的中点相连，且所述第二带条232和所述第三带条233所构成的夹角开口朝向所述板载天线220。
本实施例提供的定向WLAN天线，通过在PCB基板210上设置板载天线220和载波振子230并将载波振子230的第一带条231沿PCB基板210的一边设置，第二带条232和第三带条233的一端与第一带条231的中点相连，且第二带条232和第三带条233所构成的夹角开口朝向板载天线220，使得板载天线220发出的WLAN信号能够以较高的耦合效率通过载波振子230发射；同时，外壳100内侧覆盖有反射板110，天线主体200置于具有反射板110的外壳100内时，利用反射板110的反射原理，能够将发射出的不同方向的信号反射成同一方向的信号，如此便增加了信号的定向性，解决了现有WLAN天线固定方向增益低、穿墙后信号衰减大且性能不稳定的问题。
较佳的，所述外壳100的底面、所述PCB基板210、所述板载天线220和所述载波振子230均呈轴对称图形，且所述外壳100的底面的对称轴、所述PCB基板210的对称轴、所述板载天线220的对称轴和所述载波振子230的对称轴重合。如此一来，在对称轴两侧形成的信号辐射路线是完全一致的，且能够保证经反射板110反射的信号能够沿对称轴发射，提高了信号的定向性。
更佳的，所述第二带条232和所述第三带条233所构成的夹角呈90度。经验证发现，如此可以最大程度地提高信号的辐射性能和定向性。
进一步的，在本实施例中，发明人经模拟实验发现，当所述PCB基板210与所述外壳100的底面的距离为4.58±0.1mm，与所述外壳100的侧壁的距离为5.7～11.0mm时，天线的定向性较好，同时其辐射增益也较佳。若拉大PCB基板210与外壳100底面之间的距离，虽然天线的辐射效率变好，但方向系数会发生改变，使定向天线更趋近于全向天线，即固定方向的增益会变差；反之，若减小PCB基板210与外壳100底面之间的距离，虽然方向系数发生改变，使天线更具备定向特性，但是辐射效率会显著下降，使得天线固定方向的增益较差，无法满足天线性能的要求。
在本实施例提供的定向WLAN天线中，所述板载天线220靠近所述载波振子230的一端设置有馈电点221，所述载波振子230靠近所述板载天线220的一端设置有地点234。
具体的，如图1所示，所述板载天线220靠近所述第二带条232和所述第三带条233设置，且位于所述第二带条232和所述第三带条233形成的开口内，馈电点221设置于板载天线220的对称轴上，并靠近载波振子230，所述地点234位于第二带条232和第三带条233的连接处，并靠近板载天线220。由此可见，馈电点221和地点234均位于对称轴上，使得后续在连接信号传输线300时能够较为便捷地实现，同时还使得从馈电点221流出的电流能够均匀对称地流经板载天线220，并与载波振子230发生耦合时对称轴左右两侧的耦合效率一致，如此便可以提高天线的辐射效率。
此外，本实施例所提供的定向WLAN天线，所述定向WLAN天线还包括信号传输线300，所述信号传输线300包括同轴电缆310，所述同轴电缆310包括相互绝缘的芯线311和屏蔽层313，所述同轴电缆310一端的所述芯线311与所述馈电点221电性连接，同一端的所述屏蔽层313与所述地点234电性连接。
具体的，本实施例选用的同轴电缆310，其结构如图4所示，从内到外依次是芯线311、介质层312、屏蔽层313和保护层314，所述介质层312包覆所述芯线311，所述屏蔽层313包覆所述介质层312，所述保护层314包覆所述屏蔽层313。芯线311可以为单芯线或多股铜丝构成的多芯线。介质层312一般为绝缘塑胶材质，如FEP等。屏蔽层313一般为金属编织层，金属编织层通常为镀锡合金线。保护层314即为电缆为外层的保护层，通常为PFA材质。
通常，会将同轴电缆310的芯线41与天线的馈电点相连，屏蔽层313与天线的地点相连。在本实施例中，将同轴电缆310的芯线311与板载天线220处的馈电点221焊接，屏蔽层313与载波振子230处的地点234焊接，如此使同轴电缆310与板载天线220和载波振子230电性导通。
请继续参见图1，优选地，所述载波振子230在远离板载天线220的一端，沿对称轴还设置有带条引脚，带条引脚与所述外壳110的底部的反射板110电性连通。也就是说，通过带条引脚与反射板110连通，使得载波振子230通过反射板110接地，而反射板110又能够将信号进行反射，如此一来，使得从载波振子230流入反射板110的电流能够减小由信号反射而在反射板110处的损耗，进而提高了天线的辐射性能。
较佳的，在本实施例提供的定向WLAN天线中，所述同轴电缆310的长度≤150mm，线径为0.8～1.15mm。若同轴电缆310的长度过长，会导致信号在同轴电缆310上的损耗增加，不利于天线性能的提升。
同时，为使得同轴电缆310能够与天线主体200相连后，顺畅地从外壳100中延伸至外壳100外，所述外壳100靠近所述载波振子230的一侧壁上开设有孔洞101，如图3所示，所述信号传输线300通过所述孔洞101延伸至所述外壳100的外侧，所述孔洞101的孔径为3.5±0.05mm。若孔径101过小，则会导致信号传输线300无法顺利地从外壳100内延伸至外部；而孔径101过大，则会导致部分信号经反射后会从孔径101处泄露，降低天线的辐射性能。
在本实施例中，所述信号传输线300还包括射频线端子320，所述射频线端子320与所述同轴电缆310远离所述馈电点221的一端电性连接。射频线端子320可以为IPEX一代端子头、二代端子头、三代端子头或四代端子头。端子头的选用及固定方式为本领域技术人员所熟知的，此处不再赘述。
为提高信号在外壳100内的反射效率，以提高信号的定向性，所述外壳100从开口侧向底面尺寸逐渐缩小，如图2所示，开口处的外壳100的长宽要大于底部的长宽，如此，反射角度的中心线会朝向外壳100的中心靠上的位置，如此，便可以将多次反射后仍无法满足固定方向的信号过滤，减少了不同方向信号之间的串扰，提高了天线的定向性的同时，还提高了信号的强度。
以下，以一具体实施例来说明本实用新型所提供的定向WLAN天线。需说明的是，本实施例所提供的具体尺寸仅用以说明本实用新型的一种实现方式，在不违背本实用新型发明点的情况下，其他尺寸或外形的定向WLAN天线也属于本实用新型所保护的范围。
本实施例所提供的定向WLAN天线，其外壳100的材质为绝缘材质，例如可以为黑色ABS PC料。
具体的，请参见图5，本实施例提供的定向WLAN天线，外壳100的长为56.50±0.20mm，宽为43.00±0.20mm，高为21.00±0.20mm；PCB基板210的长为31.10±0.10mm，宽为24.43±0.10mm，且PCB基板210的长度垂直的对称轴与外壳100的长度垂直的对称轴重合，PCB基板210的厚度为0.8±0.10mm，且距外壳100底部的距离为4.58±0.10mm，PCB基板210宽度方向上距外壳100的距离为10.86±0.10mm，靠近信号传输线300一侧与外壳100的间距为5.88±0.10mm，远离信号传输线300一侧与外壳100的间距为9.01±0.01mm；板载天线220呈矩形，且位于PCB基板210的中央位置；载波振子230的第一带条231沿PCB基板靠近信号传输线300的一侧排布，并沿PCB基板210的长度方向覆盖长边；第二带条232和第三带条233呈90度与第一带条的中点相连且轴对称；信号传输线300的同轴电缆310长度为150mm，且芯线与板载天线的馈电点焊接，屏蔽层与载波振子的地点焊接。
电流通过板载天线220产生2.4GHz频率电磁波，电磁波碰到反射板110后，大部分电磁波被反射到信号传输线300的方向上，如此便可以提高该方向的天线增益。
下表给出了以上定向WLAN天线进行试验验证后的结果。从下表可以看出，本实施例提供的定向WLAN天线在中频范围内，其增益能够在6dB以上，且其损耗在2dB以内。
| 频率(MHz) | 损耗(dB) | 增益(dB) |
| 2400 | -1.40 | 7.47 |
| 2410 | -1.37 | 7.53 |
| 2420 | -1.35 | 7.38 |
| 2430 | -1.32 | 7.34 |
| 2440 | -1.36 | 7.28 |
| 2450 | -1.37 | 7.31 |
| 2460 | -1.34 | 7.22 |
| 2470 | -1.49 | 6.87 |
| 2480 | -1.50 | 6.64 |
| 2490 | -1.66 | 6.44 |
| 2500 | -1.76 | 6.30 |
综上所述，本实施例所提供的定向WLAN天线包括外壳和天线主体，所述外壳顶部开口且所述外壳的内侧覆盖有反射板，所述天线主体包括PCB基板、板载天线和载波振子，所述PCB基板位于所述外壳内，且与所述外壳的底面平行间隔设置，所述板载天线和所述载波振子间隔设置于所述PCB基板远离所述外壳的底面的一面，所述载波振子包括第一带条、第二带条和第三带条，所述第一带条沿所述PCB基板的一边设置，所述第二带条的一端和所述第三带条的一端与所述第一带条的中点相连，且所述第二带条和所述第三带条所构成的夹角开口朝向所述板载天线。通过在PCB基板上设置板载天线和载波振子并将载波振子的第一带条沿PCB基板的一边设置，第二带条和第三带条的一端与第一带条的中点相连，且第二带条和第三带条所构成的夹角开口朝向板载天线，使得板载天线发出的WLAN信号能够以较高的耦合效率通过载波振子发射；同时，外壳内侧覆盖有反射板，天线主体置于具有反射板的外壳内时，利用反射板的反射原理，能够将发射出的不同方向的信号反射成同一方向的信号，如此便增加了信号的定向性，解决了现有WLAN天线固定方向增益低、穿墙后信号衰减大且性能不稳定的问题。
上述描述仅是对本实用新型较佳实施例的描述，并非对本实用新型范围的任何限定，本实用新型领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。
Claims (10)
1.一种定向WLAN天线，其特征在于，所述定向WLAN天线包括外壳和天线主体，所述外壳顶部开口且所述外壳的内侧覆盖有反射板，所述天线主体包括PCB基板、板载天线和载波振子，所述PCB基板位于所述外壳内，且与所述外壳的底面平行间隔设置，所述板载天线和所述载波振子间隔设置于所述PCB基板远离所述外壳的底面的一面，所述载波振子包括第一带条、第二带条和第三带条，所述第一带条沿所述PCB基板的一边设置，所述第二带条的一端和所述第三带条的一端与所述第一带条的中点相连，且所述第二带条和所述第三带条所构成的夹角开口朝向所述板载天线。
2.根据权利要求1所述的定向WLAN天线，其特征在于，所述外壳的底面、所述PCB基板、所述板载天线和所述载波振子均呈轴对称图形，且所述外壳的底面的对称轴、所述PCB基板的对称轴、所述板载天线的对称轴和所述载波振子的对称轴重合。
3.根据权利要求1所述的定向WLAN天线，其特征在于，所述PCB基板与所述外壳的底面的距离为4.58±0.1mm，与所述外壳的侧壁的距离为5.7～11.0mm。
4.根据权利要求1所述的定向WLAN天线，其特征在于，所述板载天线靠近所述载波振子的一端设置有馈电点，所述载波振子靠近所述板载天线的一端设置有地点。
5.根据权利要求4所述的定向WLAN天线，其特征在于，所述定向WLAN天线还包括信号传输线，所述信号传输线包括同轴电缆，所述同轴电缆包括相互绝缘的芯线和屏蔽层，所述同轴电缆一端的所述芯线与所述馈电点电性连接，同一端的所述屏蔽层与所述地点电性连接。
6.根据权利要求5所述的定向WLAN天线，其特征在于，所述同轴电缆的长度≤150mm，线径为0.8～1.15mm。
7.根据权利要求6所述的定向WLAN天线，其特征在于，所述外壳靠近所述载波振子的一侧壁上开设有孔洞，所述信号传输线通过所述孔洞延伸至所述外壳的外侧，所述孔洞的孔径为3.5±0.05mm。
8.根据权利要求5所述的定向WLAN天线，其特征在于，所述信号传输线还包括射频线端子，所述射频线端子与所述同轴电缆远离所述馈电点的一端电性连接。
9.根据权利要求1所述的定向WLAN天线，其特征在于，所述第二带条和所述第三带条所构成的夹角呈90度。
10.根据权利要求1所述的定向WLAN天线，其特征在于，所述外壳从开口侧向底面尺寸逐渐缩小。
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2020
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