CN220306515U - 一种定向天线结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于天线技术领域，公开了一种定向天线结构，包括连接柱和套设在连接柱一端的谐振器，所述谐振器包括两片圆形且同轴平行安装的谐振片，谐振片上具有馈点，相邻谐振片上的馈点设置在同一垂直于谐振片直线上，在馈点之间设有同轴线结构的馈线连接，其中一个谐振片的馈点与馈线外屏蔽层连接，另一个谐振片的馈电与馈线内芯连接；连接柱上还套接有设置在谐振器外的引向器，引向器包括若干平行设置在连接柱上并与谐振片同轴的引向片，所述连接柱同时与谐振片、引向片导电连接。

Description

一种定向天线结构

技术领域

本实用新型属于天线技术领域，具体涉及一种定向天线结构。

背景技术

定向天线是指在某一个或某几个特定方向上发射及接收电磁波特别强，而在其他的方向上发射及接收电磁波则为零或极小的一种天线。采用定向发射天线的目的是增加辐射功率的有效利用率，增加保密性；采用定向接收天线的主要目的是增强信号强度增加抗干扰能力。

随着物联网产业迅速发展壮大，这使得以物联网产业为支撑的无线通信模组子产业开始进入市场，如LORA、BLE、ZIGBEE、NB-IoT、Sub-GHz等技术如雨后春笋般迭代发展。其中定频段的通信产品也越来越多，也随着该频段设备的增多，设备间干扰也越来越严重。为了减小设备间无线通信的相互干扰，发展出了带有反射面的定向天线设计技术，定向天线在增益图主波瓣方向的增益最大，在与主波瓣相对的背面可以抑制电磁辐射，从而减小其他设备对设备的干扰，因为无源天线具有互易性，所以使用定向天线发射的电磁波在与主波瓣相对的背面方向辐射的功率密度很小，所以也能减小对其他设备的干扰。

一般定频段定向天线多为铝合金材质反射板+铝合金材质馈面，虽然增益更高、方向图主瓣更长更大、副瓣更小，但是加工不易、材料成本比较高、体积大，不适合使用在单个设备成本较低的场合。

实用新型内容

为了解决现有技术存在的问题，本实用新型提供一种新结构设计的定向天线，采用柱形多片式结构设计，以底层大面积的片体作为谐振器馈电将电磁波耦合到空间中，增强信号接收和发射能力，同时采用多片间距相对固定的引向片能够进一步提高指向精度。

本实用新型所采用的技术方案为：

第一方面，本实用新型提供一种定向天线结构，包括连接柱和套设在连接柱一端的谐振器，所述谐振器包括两片圆形且同轴平行安装的谐振片，谐振片上具有馈点，相邻谐振片上的馈点设置在同一垂直于谐振片直线上，在馈点之间设有同轴线结构的馈线连接，其中一个谐振片的馈点与馈线外屏蔽层连接，另一个谐振片的馈电与馈线内芯连接；

连接柱上还套接有设置在谐振器外的引向器，引向器包括若干平行设置在连接柱上并与谐振片同轴的引向片，所述连接柱同时与谐振片、引向片导电连接。

结合第一方面，本实用新型提供第一方面的第一种实施方式，所述谐振片和引向片均为相同厚度的绝缘板体制成，在绝缘板体的单侧覆盖有均质的铜层。

结合第一方面的第一种实施方式，本实用新型提供第一方面的第二种实施方式，所述绝缘板体厚度为0.5-1mm，所述铜层厚度大于35um。

结合第一方面的第一种实施方式，本实用新型提供第一方面的第三种实施方式，所述绝缘板体中部具有供连接柱穿过的通孔，所述铜层具有向通孔内壁延伸的部分，由延伸的部分与连接柱表面贴合导电。

结合第一方面的第三种实施方式，本实用新型提供第一方面的第四种实施方式，所述通孔内具有内螺纹，连接柱表面具有外螺纹，所述绝缘板体与连接柱通过螺纹配合限位连接。

结合第一方面的第三种实施方式，本实用新型提供第一方面的第五种实施方式，在相邻谐振片、谐振片和引向片、相邻引向片之间设有用于间隔的绝缘垫块，绝缘垫块与两侧结构粘接形成固定间隔。

结合第一方面的第三种实施方式，本实用新型提供第一方面的第六种实施方式，所述引向片和谐振片均与连接柱焊接固定。

结合第一方面的第三种实施方式，本实用新型提供第一方面的第七种实施方式，作为2.4GHz频段的天线，以连接柱一端启示依次包括两片谐振片以及五片引向片，端部的谐振片半径为45-50mm，另一片谐振片半径为30-35mm，谐振片之间间隙为8-10mm；

与谐振片相邻的引向片半径为25-27mm，剩余谐振片半径为17-20mm，谐振片与相邻的引向片之间的间距为12-15mm，引向片之间间距为23-35mm。

结合第一方面的第三种实施方式，本实用新型提供第一方面的第八种实施方式，作为5.8GHz频段的天线，以连接柱一端启示依次包括两片谐振片以及五片引向片，端部的谐振片半径为18-20mm，另一片谐振片半径为13-15mm，谐振片)之间间隙为3-4mm；

与谐振片相邻的引向片半径为11-12mm，剩余谐振片半径为7.5-8.5mm，谐振片与相邻的引向片之间的间距为5-6mm，引向片之间间距为9-16mm。

本实用新型的有益效果为：

本实用新型结构简单，采用多片体同轴设置的天线结构，方便安装和拆卸，其外部体积可控，同时通过两片式谐振片的谐振器结构设计，同时在其任一垂直连线上设置馈点，由同一馈线的内外不同层连接不同馈点，并通过同一连接柱与谐振片、引向片导电连接，即能够提供结构支撑效果，同时也能够避免额外设置导电结构，具有较低的成本，提高抗干扰性和通信距离。

附图说明

图1是本实用新型实施例中采用螺杆形态连接柱的天线正视图；

图2是本实用新型实施例中采用螺杆形态连接柱的天线轴测图；

图3是本实用新型实施例中采用绝缘垫块和连接柱的天线正视图；

图4是本实用新型实施例中采用绝缘垫块和连接柱的天线轴测图；

图5是本实用新型实施例中作为5.8GHz频段的天线dB(S11)参数图；

图6是本实用新型实施例中作为5.8GHz频段的天线远场Theta增益二维方向图；

图7是本实用新型实施例中作为5.8GHz频段的天线Smith阻抗圆图；

图8是本实用新型实施例中作为2.4GHz频段的天线dB(S11)参数图；

图9是本实用新型实施例中作为2.4GHz频段的天线远场Theta增益二维方向图；

图10是本实用新型实施例中作为2.4GHz频段的天线Smith阻抗圆图。

图中：1-连接柱，2-谐振片，3-馈线，4-引向片，5-绝缘垫块，6-馈点。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本实用新型做进一步阐释。

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本申请的描述中，需要说明的是，若出现术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，本申请的描述中若出现术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，本申请的描述中若出现术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本申请的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，若出现术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

实施例1：

本实施例公开一种定向天线结构，其结构主要依托一根均质连接柱1作为主体连接结构，在连接柱1上套设有若干片等厚度的片体，并通过调整其间距以及连接关系，从而在一端形成谐振器，另一端形成引向器，由谐振器连接外部的馈线3，并由引向器向外信号收发。

具体的，参照图1-图4，图中展示了两种天线的具体方式。

一种实施例中，参照图1-图2，图中的连接柱1为螺杆结构，连接柱1上设置有两片圆形的谐振片2，以及五片圆形的引向片4。其中，谐振片2的半径一大一小，大半径的谐振片2作为整个天线的底端。

在谐振片2上设置有馈点6，相邻谐振片2上的馈点6设置在同一垂直于谐振片2直线上，在馈点6之间设有同轴线结构的馈线3连接，其中一个谐振片2的馈点6与馈线3外屏蔽层连接，另一个谐振片2的馈电与馈线3内芯连接；

连接柱1上还套接有设置在谐振器外的引向器，引向器包括若干平行设置在连接柱1上并与谐振片2同轴的引向片4，连接柱1同时与谐振片2、引向片4导电连接。

其中，引向片4具有一片与谐振片2靠近设置，其他四片间距相近且与上述与谐振片2相邻的引向片4之间的间距较大。

谐振片2和引向片4均为相同厚度的绝缘板体制成，在绝缘板体的单侧覆盖有均质的铜层。而绝缘板体厚度为0.5-1mm，铜层厚度大于35um。

绝缘板体中部具有供连接柱1穿过的通孔，铜层具有向通孔内壁延伸的部分，由延伸的部分与连接柱1表面贴合导电。

进一步地，作为螺纹的连接柱1天线具有确定的频段，即2.4GHz。该频段下的天线尺寸具体如下：

以连接柱1一端启示依次包括两片谐振片2以及五片引向片4，端部的谐振片2半径为45-50mm，另一片谐振片2半径为30-35mm，谐振片2之间间隙为8-10mm；

与谐振片2相邻的引向片4半径为25-27mm，剩余谐振片2半径为17-20mm，谐振片2与相邻的引向片4之间的间距为12-15mm，引向片4之间间距为23-35mm。

具体的，该天线的参数如下：

其中，以底部最大尺寸的绝缘板体作为编号7，顶部作为编号1。其中绝缘板体1-7板材为FR-4单面覆铜板板材，板厚1.5mm，铜厚需大于35um(即1oZ)，相对介电常数为4.75。

然后对该尺寸的天线结构进行测试，参照图8，低于-10dB的段为天线的频段，即2.23GHz-2.50GHz，在2.47GHz处谐振S11优于-34dB。参照图9-图10，Z轴(即连接柱1轴线方向)的正方向为辐射主瓣方向，相反的方向是需要屏蔽的信号方向，z轴正方向最大增益大于15dBi。天线在2.47GHz的归一化阻抗为0.9849-0.0353i，输入端的端接阻抗为50ohm。

另一种实施例中，参照图3-图4，连接柱1为光滑杆件结构，而在相邻谐振片2、谐振片2和引向片4、相邻引向片4之间设有用于间隔的绝缘垫块5，绝缘垫块5与两侧结构粘接形成固定间隔。

图4中可以看到，该绝缘垫块5一侧设有开口，可侧向插入连接柱1。

而该实施例中的天线，作为5.8GHz的定频段天线使用，其参数范围如下：

作为5.8GHz频段的天线，以连接柱1一端启示依次包括两片谐振片2以及五片引向片4，端部的谐振片2半径为18-20mm，另一片谐振片2半径为13-15mm，谐振片2)之间间隙为3-4mm；

与谐振片2相邻的引向片4半径为11-12mm，剩余谐振片2半径为7.5-8.5mm，谐振片2与相邻的引向片4之间的间距为5-6mm，引向片4之间间距为9-16mm。

具体参数如下表所示：

其中，以底部最大尺寸的绝缘板体作为编号7，顶部作为编号1。其中绝缘板体1-7板材为FR-4单面覆铜板板材，板厚1.5mm，铜厚需大于35um(即1oZ)，相对介电常数为4.75。

然后对该尺寸的天线结构进行测试，参照图5，低于-10dB的段为天线的频段，即5.26GHz-5.89GHz，在5.8GHz处谐振S11优于-29dB。参照图6-图7，Z轴(即连接柱1轴线方向)的正方向为辐射主瓣方向，相反的方向是需要屏蔽的信号方向，z轴正方向最大增益大于15dBi。天线在5.8GHz的归一化阻抗为0.9917-0.0683i，输入端的端接阻抗为50ohm。

本实用新型不局限于上述可选的实施方式，任何人在本实用新型的启示下都可得出其他各种形式的产品。上述具体实施方式不应理解成对本实用新型的保护范围的限制，本实用新型的保护范围应当以权利要求书中界定的为准，并且说明书可以用于解释权利要求书。

Claims (9)

1.一种定向天线结构，其特征在于：包括连接柱(1)和套设在连接柱(1)一端的谐振器，所述谐振器包括两片圆形且同轴平行安装的谐振片(2)，谐振片(2)上具有馈点(6)，相邻谐振片(2)上的馈点(6)设置在同一垂直于谐振片(2)直线上，在馈点(6)之间设有同轴线结构的馈线(3)连接，其中一个谐振片(2)的馈点(6)与馈线(3)外屏蔽层连接，另一个谐振片(2)的馈点(6)与馈线(3)内芯连接；

连接柱(1)上还套接有设置在谐振器外的引向器，引向器包括若干平行设置在连接柱(1)上并与谐振片(2)同轴的引向片(4)，所述连接柱(1)同时与谐振片(2)、引向片(4)导电连接。

2.根据权利要求1所述的一种定向天线结构，其特征在于：所述谐振片(2)和引向片(4)均为相同厚度的绝缘板体制成，在绝缘板体的单侧覆盖有均质的铜层。

3.根据权利要求2所述的一种定向天线结构，其特征在于：所述绝缘板体厚度为0.5-1mm，所述铜层厚度大于35um。

4.根据权利要求2所述的一种定向天线结构，其特征在于：所述绝缘板体中部具有供连接柱(1)穿过的通孔，所述铜层具有向通孔内壁延伸的部分，由延伸的部分与连接柱(1)表面贴合导电。

5.根据权利要求4所述的一种定向天线结构，其特征在于：所述通孔内具有内螺纹，连接柱(1)表面具有外螺纹，所述绝缘板体与连接柱(1)通过螺纹配合限位连接。

6.根据权利要求4所述的一种定向天线结构，其特征在于：在相邻谐振片(2)、谐振片(2)和引向片(4)、相邻引向片(4)之间设有用于间隔的绝缘垫块(5)，绝缘垫块(5)与两侧结构粘接形成固定间隔。

7.根据权利要求4所述的一种定向天线结构，其特征在于：所述引向片(4)和谐振片(2)均与连接柱(1)焊接固定。

8.根据权利要求4所述的一种定向天线结构，其特征在于：作为2.4GHz频段的天线，以连接柱(1)一端启示依次包括两片谐振片(2)以及五片引向片(4)，端部的谐振片(2)半径为45-50mm，另一片谐振片(2)半径为30-35mm，谐振片(2)之间间隙为8-10mm；

与谐振片(2)相邻的引向片(4)半径为25-27mm，剩余谐振片(2)半径为17-20mm，谐振片(2)与相邻的引向片(4)之间的间距为12-15mm，引向片(4)之间间距为23-35mm。

9.根据权利要求4所述的一种定向天线结构，其特征在于：作为5.8GHz频段的天线，以连接柱(1)一端启示依次包括两片谐振片(2)以及五片引向片(4)，端部的谐振片(2)半径为18-20mm，另一片谐振片(2)半径为13-15mm，谐振片(2)之间间隙为3-4mm；

与谐振片(2)相邻的引向片(4)半径为11-12mm，剩余谐振片(2)半径为7.5-8.5mm，谐振片(2)与相邻的引向片(4)之间的间距为5-6mm，引向片(4)之间间距为9-16mm。