CN219350692U - 一种宽频高增益全向天线 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种宽频高增益全向天线，包括基板、第一馈电导体、第二馈电导体和两偶极子阵元，偶极子阵元包括两辐射臂，辐射臂包括两偶极子单元组；偶极子单元组包括第一偶极子单元和第二偶极子单元，第一偶极子单元和第二偶极子单元设置于基板的两侧，第一偶极子单元和第二偶极子单元对应设置，且之间相互连接；一偶极子阵元中，一辐射臂的第一偶极子单元间通过第一耦合线连接，另一辐射臂的第二偶极子单元间通过第二耦合线连接，第一耦合线和第二耦合线之间能够耦合；两偶极子阵元的第一耦合线间通过第一馈电导体连接，第二耦合线间通过第二馈电导体连接。本申请的天线设计工艺简单、结构稳定，可实现WiFi‑6E设备无线全向覆盖使用。

Description

一种宽频高增益全向天线

技术领域

本实用新型涉及无线通讯技术领域，尤其涉及一种宽频高增益全向天线。

背景技术

随着现代无线通信技术高速发展，使用技术的无线路由器越来越普遍，并成为人们日常生活中不可缺少的设备。随着技术的发展WiFi研发并面世了新一代的技术标准WiFi-6E。其是在WiFi-6标准的基础上对6GHz频段进行扩展，它除了支持现有的2.4GHz和5GHz频段外还引入了6GHz频段，增加了5.925GHz-7.125GHz频段。此将为WiFi-6协议设备提供新的性能，给无线通信系统带来更好的低延时、高速率等。

天线作为无线通信系统中的重要组成部分，是对外沟通交流的窗口，天线性能的优劣直接决定设备的无线性能强弱。因此，为了适应新的频宽，需要开发新的符合WiFi-6E频宽的天线。

实用新型内容

本实用新型的目的在于解决现有技术中的不足，提供一种宽频高增益全向天线，可适用于新一代WiFi-6E频段，天线能够覆盖宽频5150MHz-7125MHz频段，且天线驻波在工作频段内小于2.0，不圆度小于2.5dB，增益大于5.0dBi。具体方案如下：

一种宽频高增益全向天线，其包括基板、第一馈电导体、第二馈电导体和两个偶极子阵元，所述基板具有第一表面和相对设置的第二表面，

两个偶极子阵元沿x轴方向间隔设置，所述偶极子阵元包括两个辐射臂，每个偶极子阵元的两个辐射臂沿x轴方向间隔设置，所述辐射臂包括两个偶极子单元组，每个辐射臂的两个偶极子单元组沿y轴方向间隔设置；

所述偶极子单元组包括第一偶极子单元和第二偶极子单元，所述第一偶极子单元设置于所述第一表面，所述第二偶极子单元设置于所述第二表面，所述第一偶极子单元和所述第二偶极子单元相对应连接；

一个偶极子阵元中，一个辐射臂的第一偶极子单元之间通过第一耦合线连接，另一个辐射臂的第二偶极子单元之间通过第二耦合线连接，所述第一耦合线和所述第二耦合线之间能够耦合；

两个偶极子阵元的所述第一耦合线之间通过所述第一馈电导体连接，两个偶极子阵元的所述第二耦合线之间通过所述第二馈电导体连接。

进一步的，所述第一偶极子单元和所述第二偶极子单元之间通过第一金属化过孔连接。

进一步的，所述基板为高频PCB板。

进一步的，所述基板的介电系数为2.55。

进一步的，所述第一馈电导体和所述第二馈电导体之间通过同轴线进行馈电。

进一步的，所述同轴线的特性阻抗为50欧姆，所述偶极子阵元的辐射阻抗为100欧姆。

进一步的，所述第一馈电导体为微带线，所述第二馈电导体接地。

进一步的，所述偶极子阵元还包括若干个耦合单元组，所述耦合单元组与所述偶极子单元组一一对应，所述耦合单元组间隔设置在对应所述偶极子单元组在x轴方向一侧，所述耦合单元组包括第一耦合单元和第二耦合单元，所述第一耦合单元设置于所述第一表面，所述第二耦合单元设置于所述第二表面，所述第一耦合单元和所述第二耦合单元相对应连接。

进一步的，所述第一耦合单元和所述第二耦合单元之间通过第二金属化过孔连接。

与现有技术相比，本申请的宽频高增益全向天线至少具有如下一个或多个

有益效果：

(1)本申请的宽频高增益全向天线，其基板优选为高频PCB板，可降低高频天线损耗；

(2)本申请的宽频高增益全向天线，其采用同轴线馈电，焊接牢靠；

(3)本申请的宽频高增益全向天线，其设计新颖，整体设计工艺简单、结构稳定，可以确保性能稳定；

(4)本申请的宽频高增益全向天线，其通过偶极阵元组阵、微带功分馈电网络、耦合臂等设计，实现了天线的宽频、高增益全向特性；

(5)本申请的宽频高增益全向天线，其可覆盖5.15GHz-7.125GHz频段，且在此频段范围内天线的驻波均可以在2.0以下；

(6)本申请的宽频高增益全向天线，其可以实现垂直面不圆度小于2.5dB，天线增益大于5.0dBi，可以实现WiFi-6E设备无线全向覆盖使用；

(7)本申请的宽频高增益全向天线，其可以实现以WiFi-6E宽频来设计将天线时，天线尺寸只有90(L)*15(W)*1(H)(mm)；

(8)本申请的宽频高增益全向天线，其不仅适用WiFi-6E宽频全向高增益覆盖使用，也可适用于其它宽频天线结构使用。

附图说明

图1为本申请实施例提供的宽频高增益全向天线的俯视结构示意图；

图2为本申请实施例提供的宽频高增益全向天线的仰视结构示意图；

图3为本申请实施例提供的宽频高增益全向天线在去除基板时的立体结构示意图；

图4为本申请实施例提供的宽频高增益全向天线的偶极子阵元的立体结构示意图；

图5为本申请实施例提供的宽频高增益全向天线的偶极子阵元的俯视结构示意图；

图6为本申请实施例提供的宽频高增益全向天线的测试驻波图；

图7为本申请实施例提供的宽频高增益全向天线的测试水平面方向图。

其中，1-基板，11-第一表面，12-第二表面，2-第一馈电导体，3-第二馈电导体，4-偶极子阵元，41-辐射臂，411-第一偶极子单元，412-第二偶极子单元，413-第一耦合线，4131-第一横枝节，4132-第一竖枝节，414-第二耦合线，4141-第二横枝节，4142-第二竖枝节，421-第一金属化过孔，422-第二金属化过孔，43-耦合单元组，431-第一耦合单元，432-第二耦合单元。

具体实施方式

为更进一步阐述本实用新型为达成预定实用新型目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本实用新型的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如下。

实施例

本实施例提供了一种宽频高增益全向天线，其包括基板1、第一馈电导体2、第二馈电导体3和两个偶极子阵元4。

所述基板1优选为高频PCB板，进一步优选其介电系数为2.55，可降低高频天线损耗。所述基板1具有两个相对设置的表面，分别定义其为第一表面11和第二表面12。

为了能够更清楚的阐述技术方案，建立如图1所示的坐标系，并定义所述基板1的所在平面为xy面。图中示意性展示的所述基板1为一矩形板，其长边的方向与x轴方向一致，短边的方向与y轴方向一致。

两个偶极子阵元4沿x轴方向间隔设置，优选分别靠近所述基板1的两端，如图1和图2所示。所述偶极子阵元4包括两个辐射臂41，每个偶极子阵元4的两个辐射臂41沿x轴方向间隔设置。所述辐射臂41包括两个偶极子单元组，每个辐射臂41的两个偶极子单元组沿y轴方向间隔设置。所述偶极子单元组包括第一偶极子单元411和第二偶极子单元412，所述第一偶极子单元411设置于所述第一表面11，所述第二偶极子单元412设置于所述第二表面12。所述第一偶极子单元411和所述第二偶极子单元412优选为形状大小相同的金属矩形片状结构，且长度方向与x轴方向一致。所述第一偶极子单元411和所述第二偶极子单元412对应设置，且之间相互连接。优选的，所述第一偶极子单元411和所述第二偶极子单元412之间通过第一金属化过孔421进行连接。进一步优选的，所述第一偶极子单元411和所述第二偶极子单元412之间在长度方向的两端分别通过若干个第一金属化过孔421进行连接，比如图3和图4中示意性所示的每端各通过三个第一金属化过孔421连接，且三个第一金属化过孔421沿y轴方向间隔设置。当然，所述第一金属化过孔421的数量和排布方式不限如此，可以根据需要进行灵活设计。

一个偶极子阵元4中，一个辐射臂41的第一偶极子单元411之间通过第一耦合线413连接，另一个辐射臂41的第二偶极子单元412之间通过第二耦合线414连接，所述第一耦合线413和所述第二耦合线414之间能够耦合。如图1和图2所示，图中示意性展示的，所述第一耦合线413和所述第二耦合线414分别设置于所述基板1的两侧，且优选位于两个辐射臂41之间的间隔区域。所述第一耦合线413优选由第一竖枝节4132和两个第一横枝节4131构成，所述第一竖枝节4132的长度方向与y轴方向一致，所述第一横枝节4131的长度方向与x轴方向一致，所述第一竖枝节4132的两端分别通过两个所述第一横枝节4131与两个所述第一偶极子单元411的端部连接。所述第二耦合线414优选由第二竖枝节4142和两个第二横枝节4141构成，所述第二竖枝节4142的长度方向与y轴方向一致，所述第二横枝节4141的长度方向与x轴方向一致，所述第二竖枝节4142的两端分别通过两个所述第二横枝节4141与两个所述第二偶极子单元412的端部连接。进一步优选的，所述第一竖枝节4132和所述第二竖枝节4142假设处于同一平面内时，两者沿图5中所示的s轴线镜像对称，s轴线的长度方向与y轴方向一致，也即在一个偶极子阵元4中，两个辐射臂41假设处于同一平面内时，两者之间关于s轴线镜像对称。

两个偶极子阵元4的所述第一耦合线413之间通过所述第一馈电导体2连接，两个偶极子阵元4的所述第二耦合线414之间通过所述第二馈电导体3连接。本实施例的天线优选采用微带线等功分馈电网络设计，所述基板1的一侧面设计为微带线，另一侧面设计为地。比如所述第一馈电导体2为微带线，而所述第二馈电导体3接地。进一步优选的，所述第一馈电导体2和所述第二馈电导体3之间通过同轴线进行馈电。且所述同轴线的特性阻抗优选为50欧姆，而所述偶极子阵元4的辐射阻抗优选为100欧姆。采用同轴线馈电，焊接牢靠。

天线设计采用偶极天线为天线阵元结构，偶极子天线是一种全向天线，其增益在2.0dBi左右，带宽虽然相对较宽，但还是无法达到WiFi-6E高频5.15GHz-7.125GHz约32％带宽。而通过本实施例的上述结构设计，则可以提升带宽以及优化不圆度。每个偶极子阵元4采用四对偶极子单元设计，对称分布在基板1的两个侧面。其中每四个偶极子单元通过第一金属化过孔421及偶合线组合成偶极子阵元4的一个辐射臂41，共组合成两个辐射臂41，形成天线阵元的辐射主体。通过调整单偶极子阵元4的宽度及长度可以优化天线的谐振及带宽，进一步调整耦合线的宽度、连接位置以及上下耦合间隙也可以优化天线的带宽。本实施例的天线采用两个组合的偶极子阵元4进行组阵，以提升天线的增益，使得天线增益可以达到5.0dBi以上。且偶极子阵元4采用并馈方式进行组阵，此可以克服宽频天线组阵造后天线方向图波瓣上下倾异常，从而实现全频段内全向信号稳定覆盖。

在进一步的实施例中，所述偶极子阵元4还包括若干个耦合单元组43。所述耦合单元组43与所述偶极子单元组一一对应，所述耦合单元组43间隔设置在对应所述偶极子单元组在x轴方向一侧，如图1至图4所示。所述耦合单元组43包括第一耦合单元431和第二耦合单元432，所述第一耦合单元431设置于所述第一表面11，所述第二耦合单元432设置于所述第二表面12。所述第一耦合单元431和所述第二耦合单元432优选为形状大小相同的金属矩形片状结构，且长度方向与x轴方向一致。所述第一耦合单元431和所述第二耦合单元432对应设置，且之间相互连接。优选的，所述第一耦合单元431和所述第二耦合单元432之间通过第二金属化过孔422连接。进一步优选的，所述第一耦合单元431和所述第二耦合单元432之间通过若干个沿x轴方向间隔分布的第二金属化过孔422进行连接，比如图4中示意性所示的，通过四个第二金属化过孔422连接。当然，所述第二金属化过孔422的数量和排布方式不限如此，可以根据需要进行灵活设计。在偶极子单元组外侧分别设置耦合单元组43，通过调整所述耦合单元的长度、宽度以及与偶极子单元组之间的间隙来优化不圆度，可对本实施例天线的不圆度作进一步优化，使其不小于2.5dB。

本实施例的天线，设计新颖，整体设计工艺简单、结构稳定，可以确保性能稳定；其通过偶极阵元组阵、微带功分馈电网络、耦合臂等设计，实现了天线的宽频、高增益全向特性。

实用新型人对本实施例提供的上述天线进行了测试，测试结果显示：本实施例的天线可覆盖5.15GHz-7.125GHz频段，且在此频段范围内天线的驻波均可以在2.0以下，如图6所示；而天线设计还可以实现垂直面不圆度小于2.5dB，天线增益大于5.0dBi，如图7所示。实施例的天线可以实现在WiFi-6E相关设备使用中，达到全向、远距离无线信号覆盖；天线尺寸也可实现只有90(L)*15(W)*1(H)(mm)；本实施例的天线不仅适用WiFi-6E宽频全向高增益覆盖使用，也可适用于其它宽频天线结构使用。

在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，除了包含所列的那些要素，而且还可包含没有明确列出的其他要素。

在本文中，所涉及的前、后、上、下等方位词是以附图中零部件位于图中以及零部件相互之间的位置来定义的，只是为了表达技术方案的清楚及方便。应当理解，所述方位词的使用不应限制本申请请求保护的范围。

在不冲突的情况下，本文中上述实施例及实施例中的特征可以相互结合。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种宽频高增益全向天线，其特征在于，其包括基板(1)、第一馈电导体(2)、第二馈电导体(3)和两个偶极子阵元(4)，所述基板(1)具有第一表面(11)和相对设置的第二表面(12)，

两个偶极子阵元(4)沿x轴方向间隔设置，所述偶极子阵元(4)包括两个辐射臂(41)，每个偶极子阵元(4)的两个辐射臂(41)沿x轴方向间隔设置，所述辐射臂(41)包括两个偶极子单元组，每个辐射臂(41)的两个偶极子单元组沿y轴方向间隔设置；

所述偶极子单元组包括第一偶极子单元(411)和第二偶极子单元(412)，所述第一偶极子单元(411)设置于所述第一表面(11)，所述第二偶极子单元(412)设置于所述第二表面(12)，所述第一偶极子单元(411)和所述第二偶极子单元(412)相对应连接；

一个偶极子阵元(4)中，一个辐射臂(41)的第一偶极子单元(411)之间通过第一耦合线(413)连接，另一个辐射臂(41)的第二偶极子单元(412)之间通过第二耦合线(414)连接，所述第一耦合线(413)和所述第二耦合线(414)之间能够耦合；

两个偶极子阵元(4)的所述第一耦合线(413)之间通过所述第一馈电导体(2)连接，两个偶极子阵元(4)的所述第二耦合线(414)之间通过所述第二馈电导体(3)连接。

2.根据权利要求1所述的宽频高增益全向天线，其特征在于，所述第一偶极子单元(411)和所述第二偶极子单元(412)之间通过第一金属化过孔(421)连接。

3.根据权利要求1所述的宽频高增益全向天线，其特征在于，所述基板(1)为高频PCB板。

4.根据权利要求1所述的宽频高增益全向天线，其特征在于，所述基板(1)的介电系数为2.55。

5.根据权利要求1所述的宽频高增益全向天线，其特征在于，所述第一馈电导体(2)和所述第二馈电导体(3)之间通过同轴线进行馈电。

6.根据权利要求5所述的宽频高增益全向天线，其特征在于，所述同轴线的特性阻抗为50欧姆，所述偶极子阵元(4)的辐射阻抗为100欧姆。

7.根据权利要求5所述的宽频高增益全向天线，其特征在于，所述第一馈电导体(2)为微带线，所述第二馈电导体(3)接地。

8.根据权利要求1所述的宽频高增益全向天线，其特征在于，所述偶极子阵元(4)还包括若干个耦合单元组(43)，所述耦合单元组(43)与所述偶极子单元组一一对应，所述耦合单元组(43)间隔设置在对应所述偶极子单元组在x轴方向一侧，所述耦合单元组(43)包括第一耦合单元(431)和第二耦合单元(432)，所述第一耦合单元(431)设置于所述第一表面(11)，所述第二耦合单元(432)设置于所述第二表面(12)，所述第一耦合单元(431)和所述第二耦合单元(432)相对应连接。

9.根据权利要求8所述的宽频高增益全向天线，其特征在于，所述第一耦合单元(431)和所述第二耦合单元(432)之间通过第二金属化过孔(422)连接。

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