CN215418582U - 天线 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种天线，包括：基板，具有相对设置的第一表面和第二表面；辐射体，用于收发电磁波信号，该辐射体包括：第一辐射部，设置于基板的第一表面；第二辐射部，设置于基板的第二表面，且第二辐射部在第一表面的投影绕第一辐射部的中心位置旋转90°后与第一辐射部完全重合；引向器，设置于第一辐射部的四角和第二辐射部的四角，且与第一辐射部和第二辐射部之间均存在间隙。通过蚀刻在印制板第一表面的Z形带线、第二表面的N形带线以及引向器共同作用，能够在频带内，实现天线良好的全向辐射特性，且该天线还同时具备小型化、高效率、成本低的优点。
Description
技术领域
本实用新型涉及天线技术领域，具体涉及一种天线。
背景技术
全向性天线是在无线通信中常用的一种天线，它可以在方位面上全向性辐射，能够让多个用户同时使用。全向性天线可以分为很多类，按照天线的极化方式的区别，分为垂直极化天线、水平极化天线、椭圆极化天线和圆极化天线等。其中水平极化全向天线因其特殊优势而得到广泛的关注。水平极化全向天线是指一种能够在水平方位面上360°均匀辐射和接收信号并且在水平面内极化的天线，它广泛地应用在雷达、卫星通信、移动通信、射频通信中，它的有效覆盖范围更广。
迄今为止，已发明的各类水平极化全向天线几乎都是基于环天线理论，即电小环天线和电大Alford环天线(以下简称为Alford环天线)。电小环天线具有均匀的电流分布，可以获得相当好的全向方向图，但电小环天线的辐射电阻小，电抗大，难以实现阻抗匹配；Alford环天线虽有合适的辐射电阻，但环上电流分布不均匀，水平面方向图全向性较差。因而，
传统的解决方案为采用方环的Alford天线设计，但方环的Alford天线的四个顶角方位所产生的远场方向图由于处于电流波节位置，导致远场方向图在该区域的全向性较差，在一些对天线全向性要求较高的场景，无法满足使用要求。
因此，有必要提供改进的技术方案以克服现有技术中存在的以上技术问题。
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天线，通过蚀刻在印制板第一表面的Z形带线、第二表面的N形带线以及引向器共同作用，能够在频带内，实现天线良好的全向辐射特性，且该天线还同时具备小型化、高效率、成本低的优点。
根据本实用新型第一方面，提供了一种天线，包括：基板，所述基板包括第一表面以及与所述第一表面相对设置的第二表面；
辐射体，用于收发电磁波信号，
其特征在于，所述辐射体包括：
第一辐射部，设置于所述基板的第一表面；
第二辐射部，设置于所述基板的第二表面，且所述第二辐射部在所述第一表面的投影绕所述第一辐射部的中心位置旋转90°后与所述第一辐射部完全重合；
引向器，设置于所述第一辐射部的四角和所述第二辐射部的四角，且与所述第一辐射部和所述第二辐射部之间均存在间隙。
可选地，所述第一辐射部为Z字形带线，所述第二辐射部为N字形带线。
可选地，所述基板的第一表面和第二表面上的引向器的数量均为4个，且每个所述引向器均为直角等边折线，
其中，所述第一表面上的引向器在所述第二表面上的投影与所述第二表面上的引向器完全重合。
可选地，以所述第一表面上的一个引向器为基准，所述第一表面上的其他引向器可由该基准引向器绕所述第一辐射部的中心位置分别旋转90°、180°、270°后所得到。
可选地，所述第一辐射部与所述第二辐射部中相互平行的第一边和第三边的宽度均为1.5mm±0.02mm，长度均为λ0/4；
所述第一辐射部与所述第二辐射部中分别与第一边和第三边相交的第二边的长度为λ0/2，以及第二边的宽度大于第一边的宽度，
其中，λ0为所述天线工作频段对应的波长。
可选地，第二边的宽度至少为第一边的宽度的3倍。
可选地，每个所述引向器的两直角边中任一边的宽度均为1.5mm±0.02mm，长度均为λ0/4。
可选地，所述基板为印刷电路板，且所述基板的形状为正方形。
可选地，所述基板的厚度为1mm±0.1mm。
可选地，所述天线还包括：
同轴馈电电缆，包括内芯和外导体，所述内芯与所述第一辐射部的中心连接，所述外导体与所述第二辐射部的中心连接。
本实用新型的有益效果是：本实用新型公开了一种天线，通过设置在基板第一表面的Z字形带线和设置在基板第二表面的N字形带线可以实现天线的水平极化全向方向图。而寄生的设置于Z字形带线四角的引向器和N字形带线四角的引向器，能够通过电磁耦合产生辐射以弥补基板第一表面和第二表面的带线四角部分辐射电流处于波节产生的方向图凹陷，极大程度的改善了天线的全向辐射性能。
应当说明的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本实用新型。
附图说明
通过以下参照附图对本实用新型实施例的描述，本实用新型的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚。
图1示出根据本实用新型实施例提供的天线的俯视图；
图2示出根据本实用新型实施例提供的天线的背视图；
图3示出根据本实用新型实施例提供的天线的侧视图；
图4示出根据本实用新型实施例提供的天线端口的回波损耗曲线；
图5示出根据本实用新型实施例提供的2.6GHz频点处天线的H面辐射方向图；
图6示出根据本实用新型实施例提供的2.6GHz频点处天线的E面辐射方向图。
具体实施方式
为了便于理解本实用新型，下面将参照相关附图对本实用新型进行更全面的描述。附图中给出了本实用新型的较佳实施例。但是，本实用新型可以通过不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反的，提供这些实施例的目的是使对本实用新型的公开内容的理解更加透彻全面。
印刷Alford方环天线中，天线的每一条边都是谐振馈线一部分，通过调整天线馈线的长短和布局，可以使得天线馈电时电流波腹点正好位于方环天线的每边中点，从而保证天线的每一边上的电流相位同相，从而使得天线的方向图在环面为全向。同时，通过在方环各个顶角外增加寄生环，能够进一步的解决天线的方向图在某些方位的全向性较差的问题。
如图1、图2和图3所示，本实用新型中，天线为方环型天线，且采用同轴线馈电。具体的，天线包括：基板1、设置于基板1表面的辐射体以及与辐射体的中心部分连接的同轴馈电电缆5。
基板1具有第一表面以及与第一表面相对的第二表面。
本实施例中，基板1为印刷电路板，且基板1的形状为正方形，如此，可以在实现方环型天线的同时，减小天线体积。但同时也应当理解的是，在本实用新型的其它实施方式中，基板1也可根据实际的应用场景选择设置为其它合适的形状，如矩形、圆形、椭圆形等。
本实施例中，基板1的厚度h1为1mm±0.1mm。
设置于基板1表面的辐射体进一步包括：第一辐射部2、第二辐射部3以及引向器4。其中，第一辐射部2设置于基板1的第一表面。第二辐射部3设置于基板1的第二表面。
进一步地，第一辐射部2设置于基板1的第一表面的中央位置，第二辐射部3设置于基板1的第二表面的中央位置。也即，第一辐射部2的中心与基板1的第一表面的中心重合，第二辐射部3的中心与基板1的第二表面的中心重合，或第一辐射部2的中心与第二辐射部3的中心均位于基板1的中心轴线上。同时，第二辐射部3在基板1的第一表面上的投影绕第一辐射部2的中心位置旋转90°后与第一辐射部2完全重合，或第一辐射部2在基板1的第二表面上的投影绕第二辐射部3的中心位置旋转90°后与第二辐射部3完全重合，以此可实现天线的水平极化全向方向图。
本实施例中，设置于基板1第一表面的第一辐射部2为Z字形的带线结构，设置于基板1第二表面的第二辐射部3为N字形的带线结构。可以理解的是，Z字形带线结构的第一辐射部2以及N字形带线结构的第二辐射部3中均包括相互平行的第一边和第三边，以及分别与第一边和第三边相交的第二边(斜边)。
且进一步的，第一辐射部2和第二辐射部3各自的第一边和第三边均为窄边，第一辐射部2和第二辐射部3各自的第二边均为宽边，其中，宽边是相对于第一边和第三边而言，也即第一辐射部2和第二辐射部3的第二边的宽度均大于各自的第一边或第三边的宽度，第一辐射部2的第一边的宽度和第三边的宽度相等，第二辐射部3的第一边的宽度和第三边的宽度相等。
优选地，第一辐射部2的第二边的宽度至少为其第一边或第三边的宽度的3倍，如此设计能够确保基于第一辐射部2的斜边(即第二边)所产生的辐射和基于第二辐射部3的斜边所产生的辐射能够更完全的被相互抵消，进而更好的实现天线的水平极化特性。但可以理解的是，第一辐射部2的斜边以及第二辐射部3的斜边的宽度应根据具体的实际情况合理设计，本实用新型中不做具体限定。
进一步地，Z字形带线结构的第一辐射部2以及N字形带线结构的第二辐射部3的四角依次连线后可构成一个正方形，也即，本实用新型中的Z字形带线结构的第一辐射部2以及N字形带线结构的第二辐射部3均为方环型结构。
引向器4同时设置于基板1的第一表面和第二表面。进一步的，引向器4同时设置于第一辐射部2的四角和第二辐射部3的四角，并且与第一辐射部2和第二辐射部3之间均存在间隙。
本实用新型中，基板1的第一表面和第二表面上的引向器4的数量均为4个，每个引向器4均为直角等边折线，且每个引向器4的尺寸大小均相同。其中，每个引向器4的直角开口均朝向基板1的中心位置。
基板1的第一表面或第二表面上的4个引向器4中，若以基板1的任一表面上的一个引向器4为参考基准，则该表面上的其他引向器4可看作是由该基准引向器绕该表面的中心位置分别旋转90°、180°和270°后所得到的。同时，设置在基板1第一表面上的4个引向器4在基板1第二表面上的投影，与设置在基板1第二表面上的4个引向器4完全重合。
本实用新型中，基板1的每个表面上的四个引向器4共同构成了一个围绕对应辐射部2、3的开放式方形寄生环，其每相邻两个引向器4之间均彼此间隔有一定距离，解决了天线的方向图在某些方位的全向性较差的问题。当然，基于具体应用中天线方向图的全向性较差的实际方位，也可以适当的调整每个引向器4的位置，以期更好的实现天线方向图的全向性。
在本实用新型的一个示例实施例中，天线的第一辐射部2和第二辐射部3各自的第一边和第三边的宽度w1均为1.5mm±0.02mm，长度l1均为λ0/4，天线的第一辐射部2和第二辐射部3各自的第二边的长度l2均为λ0/2。以及，每个引向器4的两直角边中任一边的宽度w2均为1.5mm±0.02mm，每个引向器4的两直角边中任一边的长度l3均为λ0/4。其中，λ0为天线工作频段对应的波长。
可选地，本实用新型中，天线中的基板1、第一辐射部2、第二辐射部3以及引向器4可基于印刷电路板采用蚀刻等方式一体化制作成形，也可采用钣金工艺将天线一体加工成形。
进一步地，第一辐射部2的中心位置处设置有第一馈电点21，第二辐射部3的中心位置处设置有第二馈电点31，该第一馈电点21和第二馈电点31均通过同轴馈电电缆5进行馈电。本实施例中，同轴馈电电缆5包括内芯51和外导体52。其中，内芯51与位于第一辐射部2的中心位置处的第一馈电点21连接，外导体52与位于第二辐射部3的中心位置处的第二馈电点31连接。
进一步的，第一馈电点21和第二馈电点31的形状均与同轴馈电电缆5中的内芯51和外导体52的横截面的形状相同，例如，本实用新型实施例中，第一馈电点21和第二馈电点31的形状均为圆形，且第二馈电点31得到直径大于第一馈电点21的直径。同时，在基板1的中心区域还设置有贯穿基板1的通孔，同轴馈电电缆5的内芯51通过该通孔与第一辐射部2的中心连接。
本实用新型中，分布设置在基板的第一表面和第二表面(即基板的正面和反面)Z字形的第一辐射部2和N字形的第二辐射部3中，由于其各自的斜边(即第二边)上通过同轴馈电电缆5所接收的电流幅度相等且相位相反，因此所产生的辐射能够相互抵消，使得天线能够仅基于Z字形的第一辐射部2和N字形的第二辐射部3中的两对相互平行的窄边馈线部分所围绕成的谐振方环结构进行对辐射电磁波的接收与发送，最终实现水平极化的全向方向图。同时，寄生于Z字形的第一辐射部2和N字形的第二辐射部3四角的多个引向器4，通过电磁耦合产生的辐射，可以弥补基板1第一表面和第二表面的带线四角部分的辐射电流由于处于波节而产生的方向图凹陷，极大程度的改善了天线的全向辐射性能。
参考图4、图5和图6，其中，图4示出根据本实用新型实施例提供的天线端口的回波损耗曲线，图5示出根据本实用新型实施例提供的2.6GHz频点处天线的H面辐射方向图，图6示出根据本实用新型实施例提供的2.6GHz频点处天线的E面辐射方向图。
其中，由图4可知，天线在其整个频段范围内(2.57GHz～2.61GHz)，回波损耗小于-10dB，满足工程试验要求。
由图5和图6可知，天线在其方位面(E面和H面)内的方向图增益波动低于0.8dB，具有极好的全向辐射性。
综上，本实用新型所公开的天线可用于无线通信系统等领域，作为其高效率、小型化天线辐射器，通过印制板正面蚀刻的Z形带线、反面时刻的N形带线、以及引向器的共同作用，能够在频带内实现良好的全向辐射特性，相较于传统Alford天线全向性能有了较大提升。
最后应说明的是：显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型的保护范围之中。
Claims (10)
1.一种天线，包括：
基板，所述基板包括第一表面以及与所述第一表面相对设置的第二表面；
辐射体，用于收发电磁波信号，
其特征在于，所述辐射体包括：
第一辐射部，设置于所述基板的第一表面；
第二辐射部，设置于所述基板的第二表面，且所述第二辐射部在所述第一表面的投影绕所述第一辐射部的中心位置旋转90°后与所述第一辐射部完全重合；
引向器，设置于所述第一辐射部的四角和所述第二辐射部的四角，且与所述第一辐射部和所述第二辐射部之间均存在间隙。
2.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述第一辐射部为Z字形带线结构，所述第二辐射部为N字形带线结构。
3.根据权利要求2所述的天线，其特征在于，所述基板的第一表面和第二表面上的引向器的数量均为4个，且每个所述引向器均为直角等边折线，
其中，所述第一表面上的引向器在所述第二表面上的投影与所述第二表面上的引向器完全重合。
4.根据权利要求3所述的天线，其特征在于，以所述第一表面上的一个引向器为基准，所述第一表面上的其他引向器可由该基准引向器绕所述第一辐射部的中心位置分别旋转90°、180°、270°后所得到。
5.根据权利要求2所述的天线，其特征在于，所述第一辐射部与所述第二辐射部中相互平行的第一边和第三边的宽度均为1.5mm±0.02mm，长度均为λ0/4；
所述第一辐射部与所述第二辐射部中分别与第一边和第三边相交的第二边的长度为λ0/2，以及所述第二边的宽度大于所述第一边或者所述第三边的宽度，
其中，λ0为所述天线工作频段对应的波长。
6.根据权利要求5所述的天线，其特征在于，所述第二边的宽度至少为所述第一边或者所述第三边的宽度的3倍。
7.根据权利要求5中所述的天线，其特征在于，每个所述引向器的两直角边中任一边的宽度均为1.5mm±0.02mm，长度均为λ0/4。
8.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述基板为印刷电路板，且所述基板的形状为正方形。
9.根据权利要求8所述的天线，其特征在于，所述基板的厚度为1mm±0.1mm。
10.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述天线还包括：
同轴馈电电缆，包括内芯和外导体，所述内芯与所述第一辐射部的中心连接，所述外导体与所述第二辐射部的中心连接。
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