CN220368141U - 一种全向柱状天线 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种全向柱状天线，包括支撑板、呈环形竖置分布于支撑板上的WiFi天线模块、电视天线模块及电视天线模块，其中，所述WiFi天线模块、电视天线模块及通信天线模块中的任意两个天线模块之间在水平面上所形成有一夹角，并且各夹角之间不相等；所述WiFi天线模块的WiFi基板正面设有WiFi辐射贴片且WiFi基板背面设有第一金属地，所述通信天线模块的通讯基板正面设有通讯辐射贴片且通讯基板背面设有第二金属地。
Description
技术领域
本实用新型涉及无线通信系统的技术领域，尤其是指一种全向柱状天线。
背景技术
随着5G技术的不断深入发展，越来越多的应用需要兼容5G的频段。在通信系统在不断向5G演进的同时，2G/3G/LTE频段在通信技术演进过程中仍然发挥着重要作用。除了5G信号的覆盖外，2G/3G/LTE频段的信号也需要同时保留，因此，开发能够同时覆盖2G/3G/LTE/5G频段的天线具有很好的应用前景。
随着频段的增多，往往需要设计多个天线组合才能实现目标频段的覆盖。但是天线数量的增多往往伴随着天线尺寸的增加，同时在一个较小的尺寸内部，天线之间的耦合和隔离问题也会对天线的性能有较大影响。因此，设计出一款具备小型化和隔离度较好的天线将是未来的发展趋势。
实用新型内容
本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种同时覆盖2G/3G/LTE和5G的非毫米波频段部分，做到5G向下兼容的目标的MIMO全向柱状天线，具备宽频、小型化的特性。
为了实现上述的目的，本实用新型所提供的一种全向柱状天线，包括支撑板、呈环形竖置分布于支撑板上的WiFi天线模块、电视天线模块及电视天线模块，其中，所述WiFi天线模块、电视天线模块及通信天线模块中的任意两个天线模块之间在水平面上所形成有一夹角，并且各夹角之间不相等；所述WiFi天线模块的WiFi基板正面设有WiFi辐射贴片且WiFi基板背面设有第一金属地，所述通信天线模块的通讯基板正面设有通讯辐射贴片且通讯基板背面设有第二金属地。
进一步，所述电视天线模块的电视基板的正面及背面分别设有第一电视辐射贴片和第二电视辐射贴片，其中，所述第一电视辐射贴片和第二电视辐射贴片之间呈旋转对称布置。
进一步，所述第一电视辐射贴片和第二电视辐射贴片均包括第一辐射块、第二辐射块、第三辐射块、第四辐射块、第五辐射块、第一辐射带、第二辐射带、第三辐射带以及L型辐射块，其中，所述第一辐射带两端分别与第一辐射块和第二辐射块相连接，所述第二辐射带分别与第四辐射块和L型辐射块相连接，所述L型辐射块与第三辐射块相连接；所述第四辐射块与第五辐射块相平行并通过第三辐射带相连接。
进一步，所述WiFi辐射贴片包括半弧形辐射贴片和第一矩形辐射贴片，所述矩形辐射贴片竖向布置于WiFi基板正面的中线上，所述半弧形辐射贴片位于WiFi基板正面的中下部位置并且所述半弧形辐射贴片的中点与矩形辐射贴片相连接。
进一步，所述第一金属地位于WiFi基板背面的下部位置，并且所述WiFi基板背面在与第一金属地的重叠区域内设有矩形凹槽。
进一步，所述通讯辐射贴片包括第二矩形辐射贴片和半圆形辐射贴片，所述第二矩形辐射贴片竖向布置于通讯基板正面的下部位置，所述第二矩形辐射贴片的上端与半圆形辐射贴片相连接且其下端延伸至通讯基板正面的下边沿。
进一步，所述第二金属地覆盖通讯基板背面，并且所述第二金属地成型有半椭圆形缺口，所述半椭圆形缺口所围成的区域面积大于半圆形辐射贴片的面积，并且所述半圆形辐射贴片位于半椭圆形缺口所对应的重合区域内。
本实用新型采用上述的方案，其有益效果在于：1）宽频带通信：通过将WiFi天线模块、电视天线模块及电视天线模块的三种类型天线组合配套，其中，WiFi天线模块覆盖2.4-2.5GHz、5.15-5.85GHz双频段，电视天线模块覆盖470-700MHz的UHF频段，通信天线模块覆盖600-5000MHz全频段。通过这样宽频带的天线组合，可以实现覆盖2G/3G/LTE和5G的非毫米波频段部分，做到了5G向下兼容的目标。
隔离度控制：通过将WiFi天线模块、电视天线模块及电视天线模块互成一定角度摆放，从而增加天线模块之间的隔离度。
天线小型化：WiFi天线模块、电视天线模块及电视天线模块采用单极子天线或是对称偶极子天线实现水平全向辐射性能，其中，单极子天线是半波偶极子天线的演进，由于背面金属地的作用，其尺寸减小二分之一而辐射性能基本不变。通信天线和WiFi天线均采用单极子天线结构，减小天线尺寸实现小型化目的。
带宽扩展：在通信天线模块的第二金属地上所设置的半椭圆形缺口以及在WiFi天线模块的第一金属地区域内所设置的矩形凹槽，从而改善天线的匹配效果，从而拓展带宽满足S参数小于-10 dB的要求。
附图说明
图1为全向柱状天线的整体示意图。
图2为WiFi天线模块的结构示意图。
图3为电视天线模块的示意图。
图4为第一电视辐射贴片及第二电视辐射贴片的示意图。
图5为电视天线模块的示意图。
图6为全向柱状天线的S参数性能图。
图7为天线隔离度大小示意图。
图8为WiFi天线模块的增益图。
图9为电视天线模块的增益图。
图10为通信天线模块的增益图。
其中，1-支撑板，2-WiFi天线模块，21-WiFi基板，22-WiFi辐射贴片，221-半弧形辐射贴片，222-第一矩形辐射贴片，23-第一金属地，3-电视天线模块，4-通信天线模块，41-通讯基板，42-通讯辐射贴片，43-第二金属地，431-半椭圆形缺口。
具体实施方式
为了便于理解本实用新型，下面参照附图对本实用新型进行更全面地描述。附图中给出了本实用新型的较佳实施方式。但是，本实用新型可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。提供这些实施方式的目的是使对本实用新型的公开内容理解得更加透彻全面。
参见附图1-5所示，在本实施例中，一种全向柱状天线，包括支撑板1、呈环形竖置分布于支撑板1上的WiFi天线模块2、电视天线模块3及通信天线模块4，其中，WiFi天线模块2覆盖2.4-2.5GHz、5.15-5.85GHz双频段，电视天线模块3覆盖470-700MHz的UHF频段，通信天线模块4覆盖600-5000MHz全频段，由此，通过采用上述的宽频带的天线组合，可实现覆盖2G/3G/LTE和5G的非毫米波频段部分，实现了5G向下兼容的目标。上述的支撑板1为非金属材质制成，例如塑料。
在本实施例中，WiFi天线模块2、电视天线模块3及通信天线模块4中的任意两个天线模块之间在水平面上所形成有一夹角，即，各天线模块两两之间形成一个夹角，共三个夹角。各个夹角之间均按照一定角度规格且各夹角之间不相等。具体地，此处的夹角的角度大小可根据实际产品要求所设定，此处不作具体限定。由此通过将各个天线模块之间互呈一定角度摆放，可在一定程度上增加各天线模块之间的隔离度。
在本实施例中，电视天线模块3包括有电视基板、设于电视基板正面及背面的第一电视辐射贴片和第二电视辐射贴片，其中，第一电视辐射贴片和第二电视辐射贴片之间呈旋转对称布置，从而令电视天线模块3构成了一个半波偶极子天线，在470-700MHz实现垂直全向辐射。其次，本实施例的第一电视辐射贴片和第二电视辐射贴片采用金属弯折线耦合进行馈电，具体地，本实施例的第一电视辐射贴片和第二电视辐射贴片均包括第一辐射块、第二辐射块、第三辐射块、第四辐射块、第五辐射块、第一辐射带、第二辐射带、第三辐射带以及L型辐射块，其中，所述第一辐射带两端分别与第一辐射块和第二辐射块相连接，所述第二辐射带分别与第四辐射块和L型辐射块相连接，所述L型辐射块与第三辐射块相连接；所述第四辐射块与第五辐射块相平行并通过第三辐射带相连接。
在本实施例中，WiFi天线模块2的WiFi基板21正面设有WiFi辐射贴片22且WiFi基板21背面设有第一金属地23，具体地，本实施例的WiFi辐射贴片22包括半弧形辐射贴片221和第一矩形辐射贴片222，矩形辐射贴片竖向布置于WiFi基板21正面的中线上，半弧形辐射贴片221位于WiFi基板21正面的中下部位置并且所述半弧形辐射贴片221的中点与矩形辐射贴片相连接，半弧形辐射贴片221呈U形结构且其开口朝上。此处的第一矩形辐射贴片222负责低频2.4-2.5GHz谐振，半弧形辐射贴片221负责高频5.15-5.85GHz频段带宽。其次，第一金属地23位于WiFi基板21背面的下部位置，呈块状结构覆盖WiFi基板21背面的下部位置；WiFi基板21背面在与第一金属地23的重叠区域内设有矩形凹槽，该矩形凹槽位于WiFi基板21背面的中线上，可改善通信天线模块4的匹配效果，从而拓展带宽满足S参数小于-10dB的要求。由此，通过采用第一金属地23和矩形凹槽，可实现增加WiFi天线模块2的带宽的同时做到天线小型化的目的。
在本实施例中，通信天线模块4的通讯基板41正面设有通讯辐射贴片42且通讯基板41背面设有第二金属地43，其中，通讯辐射贴片42包括第二矩形辐射贴片和半圆形辐射贴片，半圆形辐射贴片位于通讯基板41正面的中下部位置且还位于第二矩形辐射贴片的上方，第二矩形辐射贴片竖向布置于通讯基板41正面的下部位置，第二矩形辐射贴片的上端与半圆形辐射贴片相连接且其下端延伸至通讯基板41正面的下边沿。第二金属地43覆盖通讯基板41背面，并且所述第二金属地43成型有半椭圆形缺口431，即，本实施例的第二金属地43除了半椭圆形缺口431所对应的区域外，其余区域均完全覆盖通讯基板41背面。半椭圆形缺口431所围成的区域面积大于半圆形辐射贴片的面积，并且半圆形辐射贴片位于半椭圆形缺口431所对应的重合区域内，通过半椭圆形缺口431可改善通信天线模块4的匹配效果，从而拓展带宽满足S参数小于-10 dB的要求。此时的通讯辐射贴片42构成了单极子天线结构，在600-5000MHz实现较好的垂直全向辐射性能。由于采用了第二金属地43，可实现通信天线模块4的尺寸减小且辐射性能基本不变的效果。
综上所述，WiFi天线模块2和通信天线模块4采用基板正面设置单极子天线辐射结构以及背面设置第一金属地23或第二金属地43的结构特点，从而减小一半的天线模块尺寸；其次，为实现多频性能，WiFi天线模块2使用半弧形辐射贴片221和第一矩形辐射贴片222组合的方式实现双频，通信天线模块4使用背面设置半椭圆形缺口431的方式增加天线频段带宽。
进一步，WiFi天线模块2、电视天线模块3及通信天线模块4之间互呈一定角度布置，可在一定程度上增加各个天线模块之间的隔离度，同时，具有大面积的第二金属地43的通信天线模块4应当尽可能地远离WiFi天线模块2和电视天线模块3，可以起到提高隔离度和改善组合天线方向图的作用。
为了便于理解，以下结合具体的附图对参数性能作出进一步解释说明。
参见图6所示的组合各个天线模块后的全向柱状天线的S参数性能，其中，图5中的黑色实线S11表示WiFi天线模块2的性能参数，在2.4-2.5GHz和5.15-5.85GHz带宽内，S11小于-15dB。图5中的黑色虚线为电视天线模块3的S22参数性能，在470-700MHz带宽内，S22小于-10dB。图5中的黑色标记线为通信天线模块4的S33性能参数，在600-5000MHz全频段范围，S33小于-11dB。
参见图7所示的天线隔离度大小示意图可知，S12整体在-25dB以下，S13整体小于-20dB，S23低频段隔离度小于-11dB，其余小于-25dB。
参见图8所示的WiFi天线模块2的增益图，在2.4-2.5GHz增益为1.2dBi，在51.5-5.85GHz增益为3.4-4.1dBi。
参见图9所示的电视天线模块3的增益图，在470-700MHz的UHF频段，增益为-1.9-0.7dBi。
参见图10所示的通信天线模块4的增益图，增益范围为-0.6-6.4dBi。
以上所述之实施例仅为本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型做任何形式上的限制。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本实用新型技术方案范围情况下，利用上述揭示的技术内容对本实用新型技术方案作出更多可能的变动和润饰，或修改均为本实用新型的等效实施例。故凡未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型之思路所做的等同等效变化，均应涵盖于本实用新型的保护范围内。
Claims (7)
1.一种全向柱状天线，其特征在于：包括支撑板（1）、呈环形竖置分布于支撑板（1）上的WiFi天线模块（2）、电视天线模块（3）及电视天线模块（3），其中，所述WiFi天线模块（2）、电视天线模块（3）及通信天线模块（4）中的任意两个天线模块之间在水平面上所形成有一夹角，并且各夹角之间不相等；所述WiFi天线模块（2）的WiFi基板（21）正面设有WiFi辐射贴片（22）且WiFi基板（21）背面设有第一金属地（23），所述通信天线模块（4）的通讯基板（41）正面设有通讯辐射贴片（42）且通讯基板（41）背面设有第二金属地（43）。
2.根据权利要求1所述的一种全向柱状天线，其特征在于：所述电视天线模块（3）的电视基板的正面及背面分别设有第一电视辐射贴片和第二电视辐射贴片，其中，所述第一电视辐射贴片和第二电视辐射贴片之间呈旋转对称布置。
3.根据权利要求2所述的一种全向柱状天线，其特征在于：所述第一电视辐射贴片和第二电视辐射贴片均包括第一辐射块、第二辐射块、第三辐射块、第四辐射块、第五辐射块、第一辐射带、第二辐射带、第三辐射带以及L型辐射块，其中，所述第一辐射带两端分别与第一辐射块和第二辐射块相连接，所述第二辐射带分别与第四辐射块和L型辐射块相连接，所述L型辐射块与第三辐射块相连接；所述第四辐射块与第五辐射块相平行并通过第三辐射带相连接。
4.根据权利要求1所述的一种全向柱状天线，其特征在于：所述WiFi辐射贴片（22）包括半弧形辐射贴片（221）和第一矩形辐射贴片（222），所述矩形辐射贴片竖向布置于WiFi基板（21）正面的中线上，所述半弧形辐射贴片（221）位于WiFi基板（21）正面的中下部位置并且所述半弧形辐射贴片（221）的中点与矩形辐射贴片相连接。
5.根据权利要求4所述的一种全向柱状天线，其特征在于：所述第一金属地（23）位于WiFi基板（21）背面的下部位置，并且所述WiFi基板（21）背面在与第一金属地（23）的重叠区域内设有矩形凹槽。
6.根据权利要求1所述的一种全向柱状天线，其特征在于：所述通讯辐射贴片（42）包括第二矩形辐射贴片和半圆形辐射贴片，所述第二矩形辐射贴片竖向布置于通讯基板（41）正面的下部位置，所述第二矩形辐射贴片的上端与半圆形辐射贴片相连接且其下端延伸至通讯基板（41）正面的下边沿。
7.根据权利要求6所述的一种全向柱状天线，其特征在于：所述第二金属地（43）覆盖通讯基板（41）背面，并且所述第二金属地（43）成型有半椭圆形缺口（431），所述半椭圆形缺口（431）所围成的区域面积大于半圆形辐射贴片的面积，并且所述半圆形辐射贴片位于半椭圆形缺口（431）所对应的重合区域内。
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